TOXICOLOGIA Y MANEJO DE
INSECTICIDAS
ANGEL LAGUNES-TEJEDA JUAN ANTONIO VILLANUEVA-JIMENEZ
COLEGIO DE POSTGRADUADOS EN CIENCIAS AGRICOLAS 50 ANIVERSARIO 1959-2009
MEXICO 2009
TOXICOLOGÍA Y MANEJO DE INSECTICIDAS
Angel Lagunes-Tejeda Entomología y Acarología Campus Montecillo Colegio de Postgraduados Montecillo, México
Juan Antonio Villanueva-Jiménez Campus Veracruz Colegio de Postgraduados Veracruz, Ver.
México
CONTENIDO
Página
INTRODUCCIÓN. .................................................................................... CAPITULO I. EL COMBATE QUÍMICO DE PLAGAS INSECTILES. ...... CAPITULO II. INSECTICIDAS ORG ANOCLORADOS. ............................ DDT Y SUS DERIVADOS. ........................................................................ Modo de acción. ............................................................................... Metabolismo del DDT. ......................................................................
Mecanismos de resistencia DDT. ................................................. Otros compuestos del grupoaldel DDT. ............................................. BENCENO Y SUS DERIVADOS. .............................................................. Modo de acción. ............................................................................... Mecanismos de resistencia. ............................................................. GRUPO DE LOS CICLODIENOS. Metabolismo de los ciclodienos. ...................................................... Modo de acción. ............................................................................... Mecanismos de resistencia. ............................................................. TERPENOS POLICLORADOS. ................................................................. Modo de acción. ............................................................................... Mecanismos de resistencia. .............................................................
CAPITULO III. ORGANOFOSFORADOS. ................................................ NOMENCLATURA DE COMPUESTOS ORGANOFOSFORADOS ........... Reglas de nomenclatura. .................................................................. CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LOS ORGANOFOSFORADOS ......... Toxicidad de los organofosforados. ................................................ MODO DE ACCION. ................................................................................. Procesos físico-químicos involucrados en la transmisión nerviosa. Características de la acetilcolinesterasa. ......................................... Representación esquemática del modo de acción de la acetilcolinesterasa con acetilcolina. ................................................. Representación esquemática de la inhibición de la acetilcolinesterasa por los organofosforados. Degradación dentro del cuerpo. ....................................................... Toxicidad relacionada con la estructura. .......................................... REACCIONES METABÓLICAS. ............................................................... Reacciones metabólicas de activación. ............................................ Reacciones metabólicas de desactivación. ...................................... . ............................................................... CAPITULO IV. CARBAMATOS ESTRUCTURA GENERAL DE LOS CARBAMATOS. ............................... MODO DE ACCION DE LOS CARBAMATOS. ..........................................
ACTIVIDAD DE LOS CARBAMATOS RELACIONADA CON SU ESTRUCTURA. ......................................................................................... Posición del grupo alquil. .................................................................. Tamaño del grupo alquil. .................................................................. Cambios en la estructura de los carbamatos. ................................... Cambio de posición del grupo metoxi. ............................................. METABOLISMO DE CARBAMATOS. ....................................................... MECANISMOS DE RESISTENCIA. .......................................................... ESTUDIOS ESPECIALES SOBRE CARBAMATOS. ................................
CAPITULO INSECTICIDAS BOTÁNICOS Y DERIVADOS. ................. NICOTINA. V. ................................................................................................ Modo de acción. ............................................................................... Mecanismos de resistencia. ............................................................. ROTENONA. ............................................................................................. Modo de acción. ............................................................................... RIANIA. ...................................................................................................... SABADILLA. .............................................................................................. NEEM. ....................................................................................................... OTROS INSECTICIDAS VEGETALES. .................................................... CAPITULO VI. PIRETROIDES. ................................................................. PIRETRINAS. ............................................................................................. DESARROLLO DE LOS PIRETROIDES. .................................................. MODO DE ACCION DE LOS PIRETROIDES. ........................................... METABOLISMO DE LOS PIRETROIDES. ................................................. MECANISMOS DE RESISTENCIA. ........................................................... RECOMENDACIONES EN ELUSO DE PIRETROIDES. ........................... FUNDAMENTACIONES Y SUGERENCIAS EN ELUSO DE INSECTICIDAS PIRETROIDES. ..........................................................................................
CAPITULO VII. REGULADORES DE CRECIMIENTO. ............................ HORMONAS JUVENILES. ......................................................................... INHIBIDORES DE LA SÍNTESIS DE QUITINA. ........................................ CAPITULO VIII. INSECTICIDAS MICROBIALES Y OTRAS OPCIONES. BACTERIAS. .............................................................................................. Modo de acción. ......................................................................................... Mecanismos de resistencia. ....................................................................... VIRUS......................................................................................................... HONGOS.................................................................................................... NEMATODOS. .......................................................................................... PROTOZOARIOS. AVERMECTINAS. ..................................................................................... ..................................................................................... Modo de acción. .................................................................................... ORGANOESTANOSOS. ...........................................................................
Modo de acción. .................................................................................... Mecanismos de resistencia. .................................................................. Otros insecticidas. .................................................................................
CAPITULO IX. RESISTENCIA. ................................................................. FACTORES POR LOS QUE SE DESARROLLA LA RESISTENCIA. ........ BASES GENETICAS DE LA RESISTENCIA. ............................................. TIPOS DE RESISTENCIA EN INSECTOS. ................................................ Resistencia por comportamiento. ....................................................... Resistencia morfológica. ...................................................................... Resistencia fisiológica. ......................................................................... FACTORES QUE AFECTAN EL DESARROLLO DE LA RESISTENCIA. Factores genéticos. .............................................................................. Factores biológicos. ............................................................................ Factores operacionales. ...................................................................... RECOMENDACIONES GENERALES PARA RETRASAR LA APARICION DE LA RESISTENCIA. ....................................................................................
CAPITULO X. DETECCIÓN DE POBLACIONES DE INSECTOS RESISTENTES A INSECTICIDAS. ........................................................... EL CONCEPTO DE LINEA BASE. ............................................................. METODOS PARA LA DETECCIÓN DE LA RSISTENCIA. ........................ Métodos directos: bioensayo. ............................................................... Métodos indirectos: bioquímicos. ........................................................ Técnicas moleculares: ensayo con sonda de ADN complementario (CADN) para esterasas. ...................................................................... Otras metodologías para el estudio de la resistencia. .......................... CAPITULO XI. BIOENSAYO. ................................................................... OBJETIVOS DE UN BIOENSAYO. ............................................................ COMPONENTES DE UN BIOENSAYO. ................................................... TIPOS DE BIOENSAYOS. ......................................................................... Directos. ............................................................................................... Indirectos. ............................................................................................ DOSIS CONTRA DOSIFICACIÓN. ........................................................... Pruebas de efectividad y pruebas de susceptibilidad. .......................... EVALUACIÓN DE LA TOXICIDAD............................................................. LEY DE WEBER Y FECHNER. ................................................................. REQUERIMIENTOS PARA OBTENER LINEAS Ldp RECTAS. ................. PROPIEDADES DE LA LINEA Ldp. .......................................................... SIGNIFICADO DE LA POSICIÓN Y LA PENDIENTE DE LA LINEA Ldp. LIMITES DE CONFIANZA (LIMITES FIDUCIALES). ................................. CRITERIOS PARA UN BUEN BIOENSAYO. ............................................ CAPITULO XII. ACCION CONJUNTA Y SINERGISMO. .......................... CONSIDERACIONES SOBRE EL USO DE MEZCLAS. ............................ ACCION CONJUNTA. ................................................................................
Acción conjunta independiente. .......................................................... Acción conjunta similar. ....................................................................... Sinergismo y antagonismo. ................................................................. METODOS PARA MEDIR SINERGISMO Y ANTAGONISMO. .................. Coeficiente de cotoxicidad. ................................................................. Método gráfico de Wadley. .................................................................. VENTAJAS DELUSO DE SINERGISTAS. ................................................ MODO DE ACCION DE LOS SINERGISTAS. .......................................... ALGUNAS INTERACCIONES ENTRE INSECTICIDAS. ........................... Inducción. ............................................................................................ Inhibición. ............................................................................................ CAPITULO XIII. ANÁLISIS TOXICOLOGICO DE AREAS AGRÍCOLAS.. GRUPOS TOXICOLOGICOS DE LOS INSECTICIDAS Y ACARICIDAS. USO DE INSECTICIDAS.
CAPITULO XIV. ETIQUETOTECA DE INSECTICIDAS. .......................... PRODUCTOS FORMULADOS EN FORMA INDIVIDUAL.......................... PRODUCTOS FORMULADOS COMO MEZCLAS. ................................... ORGANIZACIÓN DE LAS TARJETAS. ..................................................... CAPITULO XV. MANEJO TOXICOLOGICO DE AREAS AGRÍCOLAS . .. MANEJO INTEGRADO DE PLAGAS. ....................................................... MANEJO TOXICOLOGICO REGIONAL DE INSECTICIDAS..................... Programas de manejo de la resistencia a insecticidas. ........................ Manejo toxicológico de áreas agrícolas. .............................................. PASOS PARA DIAGNOSIS DE RESISTENCIA EN EL CAMPO. ............. BIBLIOGRAFÍA. .........................................................................................
INTRODUCCIÓN A pesar de los rápidos avances en diversas áreas tecnológicas, América Latina sigue comprometida con el reto de alimentar a su creciente población. En este concepto, la dependencia en el uso de plaguicidas y otros agroquímicos para el mantenimiento y desarrollo de los recursos agrícolas es incuestionable; sin embargo, existe considerable preocupación sobre los posibles efectos negativos del uso inadecuado de estos productos. Los plaguicidas cumplen una función primordial; numerosos roedores, insectos, nematodos, hongos, malezas y otros organismos compiten con el hombre por productos agropecuarios y forestales, además transmiten enfermedades al hombre y a los animales domésticos. El desarrollo de los plaguicidas orgánicos a partir de la segunda guerra mundial, creó una revolución en el control de plagas, comparable a la de los antibióticos en el control de las enfermedades infecciosas. Para 1955, la producción de plaguicidas organosintéticos en EUA había alcanzado 227 millones de kg, y para 1961 había llegado a los 318 millones de kg. Aunque la cantidad de plaguicidas usados cada año, es mucho mayor que el tonelaje de drogas orgánicas, el acceso a éstas es tal, que producen más intoxicaciones accidentales que los plaguicidas. En la década de los 80, las muertes por plaguicidas han constituido de 7.80 a 12.85%. En EUA la tasa anual de muertes atribuibles a plaguicidas, es de cerca de 1 por cada 1’000,000.
Para los gobiernos y las instrucciones reguladoras del uso de plaguicidas no es fácil tomar una decisión para permitir, controlar o prohibir su utilización; la principal interrogante es saber el valor económico real y a largo plazo que representa su utilización. Las pérdidas ocasionadas por insectos a los cultivos son abundantes, en
regiones del mundo llegan a ser de 30 a 100% para algunas cosechas; sin embargo, se pueden reducir casi en su totalidad con el uso de algún insecticida. Para mucha gente no queda claro cómo puede ser posible que se desarrolle la resistencia a insecticidas, especialmente a los compuestos persistentes, aunque en el campo se observa este fenómeno con frecuencia. Inclusive, este tipo de productos acarrea problemas colaterales, ya que se eliminan los depredadores naturales de las plagas, trastornándose el balance ecológico, por lo que se vuelven más peligrosas las poblaciones de insectos fitófagos, lo que redunda en desventajas económicas ineludibles. Ante la problemática ecológica que representa el uso de plaguicidas, una de las mayores dificultades a todos los niveles, es la falta de información objetiva sobre los productos que están disponibles en América Latina. Es necesario dejar bien establecidos los parámetros toxicológicos necesarios para el registro y formulación de plaguicidas, determinar tolerancias y manejar aspectos específicos para su uso. Actualmente están autorizados para ser usados en México aproximadamente 150 diferentes ingredientes activos de plaguicidas, (DGSV, 1982; CICOPLAFEST, 1991), pero que éstos se venden con más de 400 nombres comerciales, con diferentes formulaciones y recomendaciones para su aplicación. Quince de los insecticidas autorizados tienen 138 nombres comerciales, con un promedio de más de nueve por compuesto, lo que habla de la anarquía en la nomenclatura y las grandes posibilidades de confusión cuando se intenta su manejo racional. Como lo han señalado numerosos autores (Brown, 1978; Pimentel et al., 1978), una evaluación de la relación costo-beneficio de los plaguicidas, trasciende el campo de la agricultura y se convierte en un fenómeno social que afecta la población. Como ejemplo, en EUA 90% de la población no está implicada en la producción agrícola ni en la fabricación o venta de estos productos y a pesar de ello, tienen influencia directa sobre su desarrollo, el tipo de moléculas, su venta y su uso, al formar parte de la gran masa
de consumidores que exigen productos de calidad y en cantidades suficientes; sin embargo son quienes están siendo afectados negativamente por su uso indiscriminado. La única protección contra los efectos indeseables en la población y el ambiente, reside en la influencia que la población ejerza ante las cámaras legislativas para que se elaboren leyes y reglamentos adecuados, que permitan la producción agrícola, que fomenten la creación de métodos de combate de plagas sin tanto riesgo y que mantengan a la gran masa de consumidores y a los agentes directos de la producción, a salvo de los efectos negativos de los plaguicidas. Se requiere un esfuerzo mayor para la instrumentación de las leyes y reglamentos una vez creados, debido a que siempre se corren riesgos de perder dinero al no usar un insecticida en un momento dado, a la falta de conciencia de los riesgos que corre la población y a la falta de conocimiento que tienen las autoridades respectivas de esta problemática. Si se hiciera un manejo más racional de los insecticidas, con bases científicas en su uso, ocupándolos cuando fueran estrictamente necesarios y ante la ausencia de otra medida de combate, estas moléculas volverían a ser apreciadas como la herramienta de gran valor que son o no como aliados del diablo.
CAPITULO I CAPITULO II INSECTICIDAS ORGANOCLORADOS Este grupo de insecticidas se caracteriza porque:
Presentan en su molécula átomos de carbono, hidrógeno, cloro y ocasionalmente oxígeno.
Contienen anillos cíclicos o heterocíclicos de carbono
Son apolares y lipofílicos
Tienen poca reactividad química
Los compuestos organoclorados son altamente estables, característica que los hace valiosos por su acción residual contra insectos y a la vez peligrosos debido a su prolongado almacenamiento en la grasa de mamíferos. Dentro de este grupo de insecticidas se encuentran compuestos tan importantes como el DDT, BHC, clordano y dieldrín. Estos compuestos provocaron una revolución en el combate de los insectos, por su amplio intervalo o espectro de acción y su bajo costo; se han usado de manera intensiva para controlar plagas agrícolas y de importancia médica. Poseen baja toxicidad para mamíferos y otras especies de sangre caliente, sin embargo, sus residuos son de gran persistencia en el ambiente; además debido a su alto grado de lipofilicidad, se acumulan en los tejidos grasos de muchos organismos a través del proceso de biomagnificación en la cadena trófica. Desde el punto de vista de mecanismos de resistencia, los organoclorados se dividen en tres grupos que son:
DDT y sus derivados,
Grupo del benceno y,
Grupo de los ciclodienos
DDT Y ANÁLOGOS
H Cl Cl
C C Cl
Cl
Cl La palabra DDT se deriva del nombre químico (incorrecto): dicloro difenil tricloroetano. Su nombre correcto es 2, 2-bis (ρ-clorofenil) 1, 1,1-tricloroetano. Lo preparó por primera vez Otto Zeidler (estudiante alemán de doctorado en química) en 1874. Las propiedades insecticidas del DDT se descubrieron en 1939, años más tarde, el Dr. Paúl Müller, investigador de la compañía suiza Geigy obtuvo el premio Nóbel de Medicina por la aportación al combate de la malaria. Industrialmente se obtiene por condensación del cloral y el clorobenceno en presencia de ácido sulfúrico concentrado. Como producto de la reacción se obtiene una mezcla de isómeros con: 80% del isómero p, p´ 20% del isómero o, p´
Trazas del isómero o, o´ O CH 2 Cl
+ Cl
C Cl Cl
Clorobenceno
Cloral
H2SO4 (H2O)
H
Cl
C
Cl
C
Cl
Cl
Cl DDT
Solamente el isómero p, p´ tiene propiedades insecticidas significativas.
Isómero: moléculas que tienen la misma fórmula, pero diferentes propiedades. A pesar de que algunos isómeros contienen exactamente el mismo tipo y número de átomos, el arreglo de dichos átomos difiere y en consecuencia presentan propiedades diferentes. Existen dos tipos principales de isomerismo: isomerismo estructural (contienen el mismo tipo y arreglo de átomos, pero difieren en uno o más enlaces) y estereoisomerismo(todos los enlaces son iguales, pero difieren en el
El DDT es prácticamente insoluble en agua, poco volátil, baja sensibilidad a la luz ultravioleta. Se ha observado que su toxicidad disminuye con el aumento de la temperatura. El DDT se ha utilizado para el combate de una amplia variedad de plagas: agrícolas, forestales, pecuarias y vectores de enfermedades al ser humano. Combate de la malaria.- Enfermedad transmitida por especies de mosquitos del género Anopheles spp y causada por un protozoario P ( lasmodium vivax, Plasmodium falciparum y Plasmodium ovale). Entre 1933 y 1935 se presentaron, en promedio, 100 millones de casos de
malaria por año y murieron 750, 000 personas. En la India, el promedio de vida era de 32 años para 1948. En Sri Lanka ocurrieron 28 millones de casos de malaria en 1946. En 1955 la OMS decretó la implementación del PROGRAMA DE ERRADICACIÓN DE LA MALARIA, utilizando como herramienta fundamental al DDT. Como Producto del uso del DDT en 1961 en Sri Lanka se presentaron 110. Fiebre amarilla.- Enfermedad causada por un virus y transmitida por un culícido, Aedes aegypti.
Peste bubónica.- Enfermedad de srcen bacteriano transmitida por la pulga de la rata oriental Xenopsylla cheopis. Tifus.- Rickettsia transmitida por el piojo,Pediculus humanus. Mal de chagas.- Protozoario, transmitido por varias especies de triatominos.
Figura 1. Uso de DDT en polvo (NEOCID) para el control de tifus en Af anistán WHO
Se desarrolló una amplia investigación para sustituir a los insecticidas comúnmente utilizados como la rotenona y las piretrinas. La sustitución era necesaria también por la participación de Japón en la Segunda Guerra Mundial, la cual junto con las Islas del Pacífico eran los principales proveedores de insecticidas orgánicos de srcen natural. En 1942 se introdujo el DDT como insecticida agrícola para el control de plagas de la papa y otros cultivos en el estado de Colorado (EUA). Posteriormente, el DDT se utilizó para el combate de una amplia variedad de plagas agrícolas. Pronto se convirtió en el insecticida más ampliamente utilizado en el mundo debido a su estabilidad, persistencia, bajo costo de fabricación, y baja toxicidad aguda para mamíferos (DL 50 oral aguda = 300 mg/kg). Se prohibió en EUA en el año de 1973 debido a que se bioacumula en las cadenas tróficas. Las plagas desarrollaron resistencia al DDT
MODO DE ACCIÓN Existen varias teorias, entre ellas que mantiene los canales de sodio abiertos más tiempo de lo normal
LA IMPOSIBILIDAD DEL DDT PARA MANTENER LOS CANALES DE SODIO ABIERTOS MÁS TIEMPO DE LO NORMAL HA DADO LUGAR A UN MECANISMO DE RESISTENCIA CONOCIDO COMO INSENSIBILIDAD NERVIOSA O KDR (knock down resistance) Y AFECTA AL DDT Y A LOS PIRETROIDES.
METABOLISMO DEL DDT El metabolismo de una sustancia puede alterar sus propiedades tóxicas (incrementándolas o disminuyéndolas). Cuando la toxicidad del metabolito es superior a la de la molécula parental, se produce lodeque se llamaseactivación. En caso contrario se presenta la inactivación, dependiendo su magnitud puede constituir en un mecanismo de resistencia metabólico.que
OH MFO
Cl
C
Cl
DICOFOL (insectos y microorganismos
CCL3
DDT
MFO
Cl
C
Cl
DBP (insectos)
Cl
DDE (insectos y mamíferos)
O
DDT - asa
Cl
C CCL2
Las enzimas de Función Oxidativa Mixta (FOM) y la DDT-asa juegan un papel importante en el metabolismo del DDT y pueden ser mecanismos de resistencia metabólicos a este compuesto. BENCENO Y RELATIVOS
Cl Cl
Cl
Cl
Cl Cl
El benceno es un anillo de seis carbonos (C 6H6) y el primero de sus derivados usados como insecticida fue el BHC (hexaclorociclohexano), que fue descubierto en 1825, pero sus propiedades insecticidas fueron evaluadas en 1940.
El BHC es un benceno clorinado que puede tener varios isómeros: o o o o o
Alfa Beta Gamma Delta Epsilon
Solo el isómero gamma tiene propiedades insecticidas(lindano)
En una mezcla normal de BHC, el isómero gamma representa alrededordel 12% del total.
Debido a que el isómero gamma tiene propiedades insecticidas, se desarrollaron métodos para purificarlo y obtenerlo a concentraciones del 99%. Este isómero presenta poco o nada de olor.
Debido a que el lindano es inodoro y tiene alta volatilidad, se le asignó un uso doméstico en forma de pastillas que se colocaban cerca de los focos eléctricos o en pequeños vaporizadores pegados a la pared. Desafortunadamente provoca anemia en la sangre.
Son neurotóxicos que actúan como antagonistas de los receptores de GABA (ácido amino butírico)
El pentaclorofenol es otro de los relativos del bencenoel cual tuvo aplicaciones múltiples para proteger madera contra insectos barrenadores, como funguicida de postes de teléfono, como defoliante. El PCFse comercializo como una sal de sodio.
Cl Cl
Cl
Cl OH
Cl Cl Pentaclorofenol
Cl
Cl
ONa Cl
Cl
Sal de sodio
El PCF desnaturaliza y precipita proteínas celulares,ocasionando la muerte de las células.
CICLODIENOS
Se les llama ciclodienos debido a que su grupo químico precursor es el hexaclorociclopentadieno, el cual contiene un anillo cíclico y dos dobles ligaduras. Compuestos de esta naturaleza se unen mediante la reacción de DIELS– ALDERS, que son dos químicos que descubrieron este tipo de síntesis química. El dieldrín y el aldrín fueron nombrados en honor a los citados especialistas. Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
La química y nomenclatura de los ciclodienos es complicada, pero es de interés conocer que poseen dos puentes de metano: uno localizado en el anillo clorinado y otro en el anillo no clorinado.
Cl Cl Cl2
O
Cl Cl
Debido a que los puentes de metano pueden estar doblados hacia fuera (EXO) o hacia adentro (ENDO), de la estructura molecular, se definen lo que se llaman estéreo isómeros.
Referente a la estructura química anterior: o
DIELDRIN: endo –exo
o
ENDRIN: endo – endo
Los ciclodienos se desarrollaron en la segunda guerra mundial, un poco después del DDT (1939) y del BHC (1940).
En general, los ciclodienos son persistentes en el suelo y se usaron contra larvas rizófagas. Los residuos, con frecuencia, persisten aún después de la cosecha.
El mayor impacto de los ciclodienos fue la protección de estructuras de madera (casas, postes, etc) contra termitas, pues su efecto puede durar 30 años.
Algunos de los ciclodienos más conocidos son: clordano, aldrin, dieldrín, heptacloro, endrín, mirex, endosulfan. Cl O
S
O O
Cl Cl2 Cl Cl
Endosulfan
En el área del Soconusco, el cafeto se cultiva desde los 400, hasta los 1300 m snm y uno de los problemas entomológicos más fuertes es la broca del cafeto. La variación en temperatura oscila entre 29 y 30ºC en las partes bajas y es de alrededor de 23ºC en las partes altas. El endosulfan es más efectivo en las partes bajas, donde la temperatura es más alta.
Son neurotóxicos que actúan como antagonistas de los receptores de GABA
El dieldrín disminuye el contenido de vitamina A en el hígado.
Metabolismo de los c iclodienos:
a) hidroxilación alifática:
CH
COH
b) Epoxidación:
H
H
O H
H
ORGANOFOSFORADOS
Se derivan del ácido fosfórico y del ácido fosfónico.
O
OH P OH
OH
ácido fosfórico
H
O
P OH OH ácido fosfónico
Características básicas:
CH3O
O
P
O
CH3O
NO2
La molécula es un éster del ácido fosfórico Son más tóxicos para vertebrados que los insecticidas organoclorados El fósforo reactivo es la parte central de la molécula. El P esta unido por doble ligadura a un S o a un O No son persistentes en el ambiente. Esta característica ocasionó que los OF desplazaran a los OC en muchos usos agrícolas. La molécula puede ser alifática, cíclica o heterocíclica Los organofosforados tuvieronsu srcen en un artículo publicado por Willy Lange & Gerda von Kreuger en 1932. Lange fue investigador de la Universidad de Berlín. En ese artículo se describió la síntesis de algunos organofosforados.
O
CH3CH2O
P
F CH3CH2O o, o, dietil fosforofluoridato
El químico G. Schrader empezó con estudios sistemáticos de los organofosforados como insecticidas potenciales.
CH3CH2O
O P
(CH3)2N
F
(CH3)2N
O P
(CH3)2N
F
Produce 100% de mortalidad en pulgones a 0.0005% (24 h de exposición). Dimetox. Es un insecticida sistémico muy potente. Es muy peligroso trabajar con este compuesto debido a su toxicidad residual.
CH3CH2O
S P
CH3CH2O
CH3CH2O CH3CH2O
O
P
NO 2
O O OCH2CH3 P O OCH2CH3
Paratión etílico. Aceptables propiedades insecticidas.
TEPP. Muy potente pero inestable, pues se hidroliza en un día. Lo desarrolló el químico alemán De Clermont y se documentó en la literatura en 1854.
Varios de los compuestos organofosforadossirvieron como gases de guerra:
Trang Bang, junio de 1972 Bañada en NAPALM por el error de un avión sudvietnamita, Phan Thi Kim Phuc huye de la escena tras arrancarse la ropa en llamas (LIFE 1985).
O
O P
O
F
DFP. Lo desarrollaron los ingleses. Esta molécula es muy difícil de destruir.
CH3CH2O
O P
(CH3)2N
CN
CH3
O
SARIN.
P (CH3)2CHO
CH3 CH3
TABUN. Los alemanes descubrieron esta molécula. DL50 = 0.01 mg/kg, equivalente a 0.75 mg/75 kg hombre. Este valor se obtuvo realizando experimentos directamente con humanos.
F
CH3
C CHO CH3CH3
P
O SOMAN. Es el gas de guerra más tóxico de F
todos.
La acción insecticida de los OF se descubrió en Alemania durante la Segunda Guerra Mundial cuando se buscaban sustitutos de la nicotina que estaba racionada en Alemania. Actualmente son pocas las compañías que están desarrollando OF.
USOS DE LOS OF o o o o o o o o o o o o
Insecticidas de amplio espectro: paratión, fentión, diazinón Sistémicos en plantas: demetón, disulfotón, dimetoato Sistémicos en animales: triclorfón, famfur, coumafos Contra plagas rizófagas: difonate, forato, diazinón Fumigantes: diclorvos, TEPP Poco residuales: TEPP, mevinfós, naled Acción residual: azinfós Uso doméstico: malatión Protección de granos almacenados: malatión, dursban Salud pública: malatión, fentión Nematicidas: nemacur Medicinales: paraoxon, armine, DFP
MODO DE ACCIÓN DE LOS ORGANOFOSFORADOS
Inhiben a la acetilcolinesterasa
O (CH3)3N+CH2CH2O C CH3 Acetilcolina
+
AChE
H2O
(CH3)3N+CH2CH2OH Colina
+
CH3COOH Ácido acético
Acetilcolinesterasa
Tiene cuatro sitios activos, cada sitio activo tiene dos componentes mayores
o
Sitio aniónico Sitio esterático B = grupo imidazol de la histidina (grupo básico) HO = grupo hidroxil serina + H = grupo básico de la hidroxiltirosina S = grupo carboxilato del ácido aspártico o glutámico
O B
CH3
C O CH2
CH2 N
OH H+
S
Sitio esterático
+
(CH3)3
-
Sitio aniónico
HIDRÓLISIS DE LA ACETILCOLINA MEDIANTE LA ACCIÓN DE LA ACETILCOLINESTERASA
O CH3 C
O CH2 CH2
N
+
(CH3)3
B HO
+
H
-
S
1. Atracción inicial entre la acetilcolina y la acetilcolinesterasa
O CH3 C B
O CH2 CH2
N
+
(CH3)3
2. Formación de un complejo
+
HOCH2CH2N (CH3)3 CH3
B
C O O
A
-
-
S
3. Acetilación de la enzima con liberación de colina
CH3 C O
B
O
+
H
-
S
4. Rearreglo de la acetilcolinesterasa
CH3 B H
C O O
H O
+
H
S
-
5. La enzima acetilada es hidrolizada
B +
OH
S
H
-
6. La acetilcolinesterasa esta libre y lista para reaccionar otra vez con la acetilcolina INHIBICIÓN DE LA ACETILCOLINESTERASA POR UN INSECTICIDA ORGANOFOSFORADO
(RO)2 O P
O
NO2 X
B +
HO
-
H
S
1. Atracción inicial y formación de un complejo AChE - Organofosforado
(RO)2 O P
HO
NO2
+
BH
X O
-
A
-
S
2. El grupo hidroxil serina es forforilado y se presenta la liberación de una parte de la molécula srcinal del insecticida organofosforado.
(RO)2 O
H
P
O B
HO
NO2
H
X O
+
-
H
S
3. La AChE fosforilada es hidrolizada lentamente y eventualmente pierde el grupo fosforado. Durante este periodo la enzima no puede reaccionar con la acetilcolina.
Los grupos que se encuentran unidos al fósforo, definen el tiempo de inhibición de la AChE: o
CH3
inhibe a la AChE por horas
o
CH3CH2
Inhibe por días Irreversible
o
LA REACTIVIDAD DEL FÓSFORO ES LA PROPIEDAD MÁS IMPORTANTE QUE DETERMINA LA ACTIVIDAD ANTICOLINESTERÁTICA DE UN ORGANOFOSFORADO.
CH3CH2O
O
CH3CH2O P O
CH3CH2O N O O
CH3CH2O
O P
O
N
OO
Inhibidor potente
-
CH3CH2O CH3CH2O
O
H
P O
CH3CH2O
O C H H
CH3CH2O
O P
O+CH3
O Inhibidor pobre
La reactividad del fósforo depende de la electrofilicidad delsustituyente. Entre más positivo sea el P, más tóxico es el insecticida. Si el sustituyente es demasiado electrofílico, el OF, será excesivamente sensitivo a la hidrólisis y su vida media se reduce
(CH3)2N (CH3)2N
O P
O
O P
CH3(ClCH2)N
N(CH3)2
N(CH3)2 Schradan Vida media: 10 años a pH neutro
O P
(CH3)2N
O
O P
N(CH3)2
N(CH3)2 Schradan monocloro Incrementa actividad AChE 100,000x Vida media: 2 horas
El Schradan tricloro tiene una vida media de tres minutos
Este compuesto debiera ser un buen insecticida, pero las cargas positivas impiden la penetración del tóxico en las membranas.In vitro es un buen inhibidor.
CH3CH2O CH3CH2O
O P O +
N (CH3)3
Lingling. Abril de 1946 Una imagen hambre en China es la de este chiquillo hambriento que mendiga comida junto airónica un niñodelrico.
La reactividad del fósforo es el factor más importante que determina la toxicidad del insecticida organofosforado.
CH3CH2O CH3CH2O
CH3CH2O
O P O
CH3CH2O
OCH3
OCH3
Entra más positivo sea el P, mayor será la toxicidad del OP.
CH3CH2O CH3CH2O
S
+0.203
CH3CH2O
P O
CH3CH2O
NO 2
O
+0.230
P O
+0.425 Paraoxon etílico
+0.204 Paratión etílico
O
Poco reactivo prácticamente no inhibe a la AChE
Muy reactivo
O P
El TEPP es más tóxico que el paraoxón etílico.
CH3CH2O
O P
CH3CH2O
O OCH CH 2 3 O P OCH2CH3 0.216
0.434
NO 2
El cambio de sulfóxido a sulfona incrementa la reactividad del átomo de fósforo. El compuesto parental que a continuación se indica debiera ser un mal insecticida, pero su transformación a sulfóxido y luego a sulfona y eso incrementa su toxicidad. CH3CH2O
O P
CH3CH2O
O
SCH3
o R
S
CH3
R
Tiometil
S
o CH3
Sulfóxido
R
S
CH3
o Sulfona
La influencia de otras partes de la molécula del insecticida OF sobre la toxicidad.
Estructura molecular CH3O
DL50 Musca domestica (g/g)
O P
CH3O
O
CH3CH2O
O P
CH3CH2O ISOPROPIL
O
NO 2
1.5
NO 2
1.2
NO2
9.0
O P
ISOPROPIL
O
O
O
O
O
El isomerismo Ptambién afecta a la toxicidad.
C4H9O
NO 2
O P
C4H9O
9.4
75.0 O
NO 2
DL 50 Musca domestica
Isómero
CH3CH2O CH3CH2O
O P S CH2CH2S
CH2CH3
30.0
d - isómero
CH3CH2 SCH2CH2S CH3CH2O
O P OCH2CH3
5.0
l - isómero
La posición del átomo de azufre (S) también influye en la toxicidad de la molécula. DL50 Musca domestica (g/g)
Estructura molecular
CH3CH2
S P
CH3CH2O
O
CH3CH2
NO 2
0.93
O P
CH3CH2S
O
CH3CH2
NO 2
8.50
NO 2
24.0
O P
CH3CH2O
S
REACCIONES METABÓLICAS
1.-ACTIVACIÓN CH3CH2O
S
CH3CH2O
P
CH3CH2O
MFO
P O
NO2
CH3CH2O
S Electronegatividad del S = 2.5 2.5
P
SCH2CH2
NO 2
Electronegatividad del P = 2.1 -2.1 1.4
O
O
O P
CH3CH2O
O
O Electronegatividad del O = 3.5 3.5
Electronegatividad del P = 2.1 -2.1 0.4
CH3CH2O
O P
S CH2CH3
MFO
MFO
R S CH2CH3
R S CH2CH3 O Sulfona
Sulfóxido
CH3O
O P
O
CH3
MFO
CH3O
O C CHC N CH3 CH3 CH3
CH3
MFO
R N CH2
R N H Azodrín
OH
2. INACTIVACIÓN CH3CH2O
S(O) P
CH3CH2O
CH3CH2O
O
S(O)
CH3O
O
NO2
CH3CH2O
[ H2O]
CH3CH2O
CH3CH2O CH3CH2O
Glutatión alquil transferasa
S(O) P O
Fosfotriesterasa
MFO
P
CH3CH2O
CH3O
NO 2
NO2
S(O) P OH
+
HO
NO 2
S(O) P OH
+
HO
HO
NO2
S(O) P
CH3O
O
NO 2
El diazinón es afectado por una cantidad importante de enzimas, confiriéndole alta toxicidad en poblaciones susceptibles. Sin embargo, su uso irracional puede conllevar al desarrollo de resistencia múltiple.
demetilación desulfuración CH3O
S
O
P
CH3O
S CH2 hidrólisis
CNHCN3 deaminació
Diazinón
DIFERENCIAS EN ACTIVIDAD DE OF ENTRE INSECTOS Y MAMÍFEROS
CH3O
S P
CH3O
O
NO 2 CH3
o
o
La distancia entre el sitio esterático y el sitio aniónico en mamíferos es de 4Å, mientras que en insectos es de 5Å. Además, el grupo metil del anillo dificulta que el tóxico pase a través de la barrera sanguínea de los mamíferos.
En mamíferos, la elevada actividad de las carboxilesterasas metabolizan relativamente rápido al malatión. Sin embargo, las impurezas del malatión inhiben a las carboxilesterasas. Las impurezas del malatión no deben exceder del 0.05%.
CH3O CH3O
P
S
carboxilesterasa
S CH COOCH2CH3 CH2 Malatión
COOCH2CH3
El fentión también es afectado por las carboxilesterasas, pero se supone que son diferentes de las que afectan al malatión.
CH3O CH3O
S
Carboxilesterasas CH3O
P S CHCOOCH2CH3
S P
CH3O
S CHCOOH
+
HO CH2CH3
MECANISMOS DE RESISTENCIA EN OF Metabolicos: Esterasas y FOM No- Metabolicos: ACE insensible
CARBAMATOS Los insecticidas carbamatos son derivados sintéticos de la fisostigmina o eserina, un Physostigma venenosum En África Occidental, esta planta se alcaloide presente en la usaba para determinar la planta culpabilidad o inocencia de una. persona acusada de algún delito.
CH3
O N
CH3
C O
H Eserina
N
N
CH3
CH3
La eserina la preparó Stedman en 1926. Este investigador también preparó la “prostigmina”
(Neostigmina), misma que se usó en el tratamiento del glaucoma y de la enfermedad conocida como Myostigma gravis. El glaucoma es un incremento en la tensión ocular; el globo ocular se endurece y produce ceguera en un tiempo corto. O O
C
CH3 N CH3
CH3
N
+
CH3
CH3
En 1954, Hans Gysin publicó la síntesis del Isolán
O N CH3
O C N(CH3)2
N
CH CH3 Isolán
En 1954, el grupo Riverside (Metcalf, Kolbenzen y Fukuto) desarrolló varios carbamatos. La estructura general de los carbamatos es la siguiente: O R3
O
C
R1 N R2
Los grupos R1 y R2 , pueden ser H, CH3, CH3CH2 u otra cadena alifática corta. R3 puede ser una cadena alifática, cíclica o heterocíclica. Basándose en la toxicidad aguda, los carbamatos son en general más tóxicos que los organofosforados (OF). Sin embargo, los OF son más peligrosos debido a que la inhibición de la AChE en los OF es más prolongada. Cuando la AChE es inhibida por un carbamato, la enzima se recupera espontáneamente. MECANISMO DE INHIBICIÓN DE LA AChE POR UN CARBAMATO. Acercamiento de la AChE y el insecticida carbamato.
H
O N
B
C
O
X
H3C OH H+
S
Formación del complejo AChE– Carbamato.
H
O N
C
O
X
H3C
B
OH H+
S
Carbamilación de la AChE.
H
O N
B
HO
C
X
H3C O
H+
S
Hidrólisis de la AChE
H
O N
BH
H3C H
C
O H O
A-
S-
Recuperación de la enzima
H
O N
B
C
OH
H3C S-
OH H
Cuanto más parecido exista entre el insecticida carbamato y la acetilcolina (ACh), con respecto a la distancia de ensamble, más tóxico será el carbamato.
CH 3
CH 3 S
CH 3 N + CH 2 CH 3
CH 2
O O C CH3 Acetilcolin
CH 3 O C CH N O C NH CH 3 Aldicarb CH 3
La actividad de un carbamato esta relacionada con su estructura química. La posición orto se fija mejor a la AChE, y por lo tanto es más tóxico.
Posición del grupo alquil O O
Tox. rel. Posición 1.0
para
O C NHCH3
9.6
meta
O O C NHCH3
127.0
orto
O C NHCH3 O
O
O
El tamaño del grupo (en posición meta) es muy importante. Cuando el grupo alquil es muy grande, no actúa bien contra la AChE. Posición
Tox. rel. O O
C
NHCH3
0.14
NHCH3
1.0
NHCH3
3.0
NHCH3
40.0
O O CH3
C
O O
C
H2C CH3 O O CH3
C
CH CH3 O O
C
NHCH3
35.0
Influencia del tamaño de grupo (posición orto) sobre la toxicidad. Estructura
Tox.rel.
O O O
C
NHCH3
1.0
NHCH3
3.0
CH3 O O
O
C
CH2CH3 O O
C
NHCH3
53.0
NHCH3
148.0
O
O O
C
O CH3 CH3 O O O
O C
CH3
CH3
C
NHCH3
El Dr. Fukuto piensa que esta estructura sería un buen insecticida
Los metil carbamatos son más tóxicos que los dimetil carbamatos. Estructura química O O
C
Tox. rel. CH3
N
1.0
CH3
O O
H
C
N
147.0 CH3
Otro caso que demuestra que los metilcarbamatos son más tóxicos que los dimetil carbamatos.
Estructura química O CH3 O C N CH3 O
O
H
O C N CH3 O
Tox. rel. 1.0
188.0
A medida que se incrementa el grupo sustituyente la toxicidad decrece. Los metil carbamatos siguen siendo más tóxicos.
Estructura química O H
Tox. rel 1.0
O C N CH2
O H O C N CH3
O
50.0
H
2500.0
O C N CH2
CH3
METABOLISMO DE LOS CARBAMATOS Hidroxilación del anillo. O
H
O C N CH3 O
O
H
H
O C N
O C N
CH3
CH3
HO OH O
MFO
H
O C N CH3
O
OH
Hidroxilación del grupo metil.
O
O
H
O C N CH3
H
O C N
MFO
CH2OH
O – dealquilación. O
CH3 HC CH3 O
CH3
H
O C N CH3 MFO
HOC CH3 O
O
O
H
O C N CH3
CH3
HO
MFO
N – Demetilación.
O
H
O
O C N
H
O C N CH3
CH3 MFO
CH3
CH3 N
CH3
CH3
CH3
CH3 N
CH3
H
O C N
H
No existe una marcada selectividad entre los carbamatos, en general son igualmente tóxicos a insectos y mamíferos. Tomando en cuenta que los insectos tienen un bajo nivel de carboxilesterasas, se han desarrollado algunos compuestos que son una combinación entre OF y carbamatos y muestran selectividad entre insectos y mamíferos.
O O
P
O C N CH3
(OCH3)2 Insectos
Mamíferos
O
H
O C N CH 3 Carbamato
OH
CAPITULO V INSECTICIDAS BOTÁNICOS Y DERIVADOS Las plantas han evolucionado por más de 400 millones de años; para oponerse al ataque de los insectos han desarrollado mecanismos de protección, como la repelencia y la acción insecticida. Es así como diversas especies de plantas contienen materiales insecticidas naturales, algunos de los cuales, han sido utilizados desde tiempos remotos por el hombre con el mismo fin. Varios de estos extractos han proporcionado valiosos insecticidas de contacto, con la ventaja de que su uso no ha provocado el surgimiento
de cepas de insectos resistentes, en el mismo grado en que lo hacen los insecticidas sintéticos. Se sabe de muchas plantas cuyos extractos poseen propiedades insecticidas, sin embargo, desde el punto de vista comercial sólo se han aprovechado algunas, entre ellas el tabaco, el piretro, el derris, la riania y la sabadilla. Los productos obtenidos de ellas, tienen la ventaja de ser efectivos contra una gran variedad de insectos y de contaminar menos el ambiente en comparación con los insecticidas orgánicos.
RIANIA Los polvos obtenidos de la molienda de los talos y raíces de Riania speciosa (Flacourtiaceae), planta que crece en América del Sur, se han utilizado para el combate de algunos insectos. Se emplearon profusamente en los años 40, pero fueron desplazados por los compuestos organofosforados de menor precio. Los polvos de referencia contienen una serie de alcaloides. El más importante es la rianodina. La rianodina se solubiliza en agua y en la mayoría de los solventes orgánicos, excepto en los aceites de petróleo. Es menos tóxico para mamíferos que la rotenona y actúa por contacto o por vía estomacal. Afecta directamente los músculos impidiendo su contracción y ocasionando parálisis, aunque se desconoce cómo lo provoca. La riania se usa contra algunas larvas de lepidópteros; en algunos casos es más efectiva que la nicotina y la rotenona. Se aplica tanto en forma de aspersiones como en espolvoreaciones. Para las espolvoreaciones se preparan mezclas que contienen de 30 a 40% de riania y de 60 a 70% de talco; se aplica en dosis de 50 kg ha-1 para el
combate del barrenador europeo del maíz (Ostrinia nubilalis) y contra el barrenador de la caña de azúcar (Diatraea scaccharalis).
SABADILLA Se conoce como sabadilla a una planta del género Schoenocaulon, de la familia Liliaceae, en el que se incluye cerca de 20 especies que se encuentran distribuidas especialmente en México, América Central y Sudamérica. Las semillas pulverizadas de la sabadilla, se han empleado durante muchos años como polvos piojicidas por los nativos de Centro y Sudamérica. Tanto el polvo como los extractos de estas semillas tienen importancia como insecticida para el control de hemípteros y homópteros fitófagos, así como también en el combate de los trips. Las especies más importantes son S. officinalis, S. drommondsi y S. texanum. A la mezcla cruda de alcaloides de la sabadilla, se le conoce como veratridina, se sabe que estos compuestos son rápidamente degradados por la luz. Se considera que el principio tóxico de la sabadilla está constituido por una mezcla de sevadina y veratridina, que son los responsables de la acción insecticida. Estas sustancias no son tóxicas a mamíferos. Una de las pocas desventajas de la sabadilla, es que irrita las membranas mucosas, principalmente en personas sensibles, haciendo que estornuden con mucha frecuencia.
OTROS INSECTICIDAS VEGETALES Existen plantas con propiedades insecticidas poco estudiadas, que representan una esperanza futura para el control de plagas insectiles, sin el eventual problema de la contaminación que presentan algunos insecticidas orgánicos modernos. De estas plantas se tiene información dispersa que indica su forma de utilización, la cual puede
ser muy variada, por ejemplo, los componentes tóxicos de algunas plantas son extraídos con petróleo, acetona, alcohol u otro solvente. Por otro lado, algunas sustancias tóxicas pueden ser extraídas por maceración de la planta en agua, o por medio del calentamiento de la planta en agua. Para utilizar las propiedades tóxicas de algunos vegetales, se deben colectar sus frutos, flores, hojas o raíces o en su defecto la planta completa, posteriormente se debe secar a la sombra, pulverizar y almacenar dentro una bolsa plástica, en un lugar fresco y poco iluminado, para poder hacer uso de ella en el momento que se requiera. En la actualidad, se está trabajando en el rescate y generación de información, acerca de la actividad insecticida de la flora mexicana. Algunos compendios de resultados se presentan en los trabajos de Lagunes et al., (1984), Lagunes (1993) y en los Simposios Nacionales sobre Substancias Vegetales y Minerales en el Combate de Plagas de los años 1989, 1990, 1991 y 1992, organizados por la Sociedad Mexicana de Entomología, entre otros.
PIRETROIDES
Los piretroides son compuestos sintéticos derivados de alcaloides presentes en las cabezuelas del piretroChrysanthemun (Tanacetum) cinerariefolium.
Los principales productores de piretro son: o o o o o
Componentes del piretro: o
Seis esteres formados por la combinación de dos ácidos (ácido crisantémico y ácido pirétrico) y tres alcoholes (piretrolona, cinerolona y jasmolona).
Esteres del piretro: o
Kenya Irán Japón Ecuador Nueva Guinea
Piretrina I
o
Piretrina II
o
Cinerina I
o
Cinerina II
o
Jasmolina I
o
Jasmolina II
La piretrina I es el ester con mayor toxicidad para insectos. Desafortunadamente es afectado en muchas partes de su estructura por la luz (fotólisis), oxidación, e hidrólisis.
Fotolisis
Oxidación
O O O
Oxidación
Hidrólisis Piretrina I
A la piretrina I se le hicieron modificaciones conla finalidad de: o
Reducir el efecto de la luz solar
o o o
Reducir el impacto de la oxidación Conservar o incrementar la toxicidad para insectos Conservar o reducir la toxicidad para animales de sangre caliente.
RETROLONA: o o o
Se sintetizó en 1945 Baja estabilidad para usos agrícolas Se eliminó un punto de ataque de la oxidación
O O O
Retrolona
ALETRINA o
Existe una rápida oxidación de la cadena alifática del grupo pentadienil.
O
RESMETRINA: o
o o
O La ciclopentenolona se cambió por un anillo furán, y la cadena alifática por un anillo cíclico. O Aletrina Es más tóxica a insectos que la aletrina Baja toxicidad a mamíferos
Fotolisis O O
O
Resmetrina
FENOTRINA: o
La parte alcohol tiene modificaciones aceptables
o
Se considera necesario trabajar con la parte ácida
O O Fenotrina
O
PERMETRINA Es más estable en la superficie foliar Sigue siendo de baja toxicidad para mamíferos
o o
Cl Cl
O O
O Permetrina
CIPERMETRINA: Es menos atacada por esterasas al poseer un grupo α-CIANO
o
O O
CN
O
Cipermetrina
DECAMETRINA: o
Es muy tóxica para insectos
o
Es altamente lipofílica
Br Br
O O
CN
Decametrina
O
FENVALERATO: o
Ha perdido la estructura característica de un piretroide
o
La toxicidad a insectos se reduce
Cl
O O
O
CN
Fenvalerato
TEFLUTRINA: o o
Aplicación al suelo para el control de plagas rizófagas Óptima combinación de estabilidad, volatilidady solubilidad en agua.
F F
F
O O
F F
Teflutrina
El isomerismo que se presenta en el anillo ciclopropano influye notablemente en la toxicidad del piretroide. La combinación de isómeros más tóxica es (1R, 3R).
H
COOH H
(1R, 3R)
HOOC H (1S, 3S)
R = Rectus, que se encuentra a la derecha S = Sinester, que se encuentra a la izquierda
Existen dos tipos de piretroides: o o
PIRETROIDES TIPO I o o o o o
Carecen de grupo α-CIANO Acción más periferal Temblores, convulsiones e hiperexcitabilidad Provocan descargas repetitivas en el músculo Correlación negativa entre temperatura y toxicidad
PIRETROIDES TIPO II o o o o o
Piretroides tipo I Piretroides tipo II
Presentan el grupo α-CIANO Actúan más en el sistema nervioso central Su efecto tóxico es menos espectacular No provocan descargas repetitivas en el músculo Correlación positiva entre temperatura y toxicidad
Metabolismo de los piretroides o
OXIDASAS (MFO)
ESTERASAS Modo de acción de los piretroides o
o
Mecanismos de resistencia de los piretroides o
o
o
Similar al DDT. En el axón, mantienen los canales de sodio abiertos más tiempo de lo normal. Kdr
Oxidasas (MFO) Esterasas
Manejo de la resistencia a piretroides o
o
Si la dosis srcinalmente efectiva fracasa, noaumente la dosis ni el número de aplicaciones. Si hay historia de aplicaciones con DDT, investigue los mecanismos de resistencia presentes antes de usar los piretroides. Recuerde que el DDT y los
o
piretroides comparten elKdr como mecanismo de resistencia. No mezcle los piretroides con otros insecticidas.
o
Restrinja el uso de piretroides a una sola generación por temporada.
o
Existe resistencia cruzada negativa entre piretroides y organofosforados. La rotación entre piretroides y organofosforados retrasan el desarrollo de resistencia.
REGULADORES DEL CRECIMIENTO Los complejos cambios del desarrollo de los insectos están regulados por hormonas secretadas por el sistema neuroendócrino. MÍMICOS DE LA HORMONA JUVENIL
A la hormona que secreta el Corpora allata se le conoce como hormona juvenil (H.J.)
Existen varios compuestos naturales y sintéticos que mimetizan la acción de la hormona juvenil. A estas sustancias se les conoce como mímicos o análogos de la hormona juvenil.
Cuando la H. J. esta presente, el crecimiento y mudas sin maduración se presentan. En ausencia o escasa cantidad de H. J. se presenta el cambio a adulto.
La H. J. es efectiva en ciertas etapas de desarrollo del insecto:
huevo
larva 1
larva 2
larva 3
larva 4
pupa
adulto
eta a sensible al ún efecto
La hormona juvenil no afecta al huevo, larva 1, larva 2, y larva 3. Esto es conveniente en el caso del control de larvas acuáticas debido a que los primeros instares sirven de alimento para otros organismos como peces.
Ejemplo de mímicos de la hormona juvenil O
O
O Altosid o methoprene
O
O
O Hidropreno
La hormona juvenil afecta a familias de insectos y cuando mucho afecta a nivel de Orden.
Se ha observado que los organofosforados inhibena las H. J. esterasas
Poblaciones que son resistentes a los organofosforados, tambiénlo son a juvenoides
COOCH3 O carboxilesterasas
epoxidasas
OH
COOH R
OH
R
epoxidasas
carboxilesterasas
OH
COOH
OH
INHIBIDORES DE LA SÍNTESIS DE QUITINA
Los artrópodos tienen un exoesqueleto que se compone de placas unidas por membranas.
Un insecto aumenta de 1000 a un millón de veces su tamaño y peso durante su desarrollo. El ser humano aumenta aproximadamente 27 veces.
Las glándulas protorácicas secretan a la hormona de la muda o ecdisona. Si esta hormona no se produce o se produce en cantidades limitadas, las mudas no ocurren. Por lo tanto las ecdisonas son esenciales para las mudas. Sin embargo, la H. J. determina el programa genético de las mudas.
Los insectos, para poder crecer necesitan cambiar su exoesqueleto en cada muda.
Un componente esencial del exoesqueleto es la quitina.
El compuesto sintético DIMILIN interfiere con la formación de cutícula porque evita que la quitina se deposite en la endocutícula. Por lo tanto la cutícula es débil y no puede soportar el esfuerzo de los músculos durante la ecdisis.
O C
O N
C
N
Cl
H Dimilin
Estos compuestos actúan en cada muda, por lo que afectan a todos los instares
En general, los reguladores del crecimiento tienen las siguientes características o
Baja toxicidad para mamíferos
o
Baja toxicidad para peces y fauna silvestre
o
Baja fitotoxicidad
CAPITULO VIII INSECTICIDAS MICROBIALES Y OTRAS OPCIONES Tomando en cuenta los graves problemas que ha ocasionado el abuso en la utilización de insecticidas, se considera necesaria la búsqueda de otras opciones en el control de insectos nocivos. Desde hace tiempo se mencionan el uso de productos químicos de gran especificidad, el uso de feromonas y la aplicación de entomopatógenos como virus, bacterias y hongos, así como agentes deshidratantes y quimioesterilizantes. Existen aproximadamente 1500 especies de microorganismos que tienen potencial para usarse como agentes insecticidas, mismos que tienen un rango relativamente pequeño
de hospederos, lo que hace posible la reducción exclusiva de una población plaga y permite la protección de los insectos benéficos. Se tienen evidencias de que los entomopatógenos conocidos comercialmente, no afectan a los animales de sangre caliente y además fauna, tiene la ventaja de que son productos biodegradables, por tal motivo poseen características de seguridad, eficiencia y protección al medio ambiente, lo que hace atractivo su desarrollo. Los insecticidas microbiales deben poseer las siguientes características:
Poder ser aplicados como polvos, líquidos para aspersión, pellets o cebo.
Ser compatibles con otros agroquímicos, para facilitar su aplicación en una sola aspersión.
Poderse almacenar, con una vida de anaquel mínima que permita su venta y utilización sin demérito de su efectividad.
Ser económicos y fáciles de producir.
Ser virulentos y seguros al momento de su aplicación.
Poseer amplia persistencia.
VIRUS En general, los virus son específicos para una especie de insectos. Algunos grupos de virus han sido más intensamente estudiados, como el virus de la poliedrosis nuclear (VPN), del cual se tiene información suficiente para ser usado en el control de plagas. Los estudios de los virus causantes de la granulosis y la poliedrosis citoplasmática, indican que son organismos que se pueden utilizar como agentes de control. Los principales huéspedes de estos virus son lepidópteros, pero también hay algunos himenópteros, dípteros, coleópteros y en menor cantidad algunos ácaros.
Los insecticidas virales tienen varias características, que en algunos casos son positivas y en otros negativas. Características positivas
Altamente selectivos contra alguna especie, por lo tanto no afectan plagas secundarias, ni insectos benéficos.
No dejan residuos, por lo que no contaminan el ambiente.
Persisten y se multiplican en las poblaciones de insectos perjudiciales. Son efectivos a bajas dosis.
No se conoce que desarrollen resistencia.
La tecnología de producción es simple.
Pueden ser empleadas las técnicas convencionales de aplicación.
Características negativas
Debido a su alta selectividad, no afectan a otros insectos perjudiciales, por lo que
Baja persistencia en depósitos foliares.
Afectan principalmente a larvas.
Su actividad insecticida es lenta.
El método y las condiciones durante la aplicación deberán ser cuidadosamente
son necesarias algunas medidas adicionales de combate.
observadas.
La tecnología de producción requiere labor intensiva y especializada.
Otros productos comerciales conocidos son el Biotrol VHZ (contra Heliothis virescens) y el Biotrol VTN (contra Trichoplusia ni). Estos productos han sido probados con cierto éxito, sin embargo no se han utilizado en forma extensiva, debido a que no hay una absoluta seguridad de que sean completamente inocuos a los mamíferos; esto hace difícil su registro legal en varios países. Teóricamente son buenas opciones al uso de insecticidas organosintéticos, pero en la práctica no resulta fácil implementar su uso.
HONGOS Muchos de los hongos asociados con insectos, no son verdaderos patógenos bajo ciertas condiciones, ya que dependen en alto grado de las condiciones del medio y del micro ambiente que rodea al insecto hospedero. Se han aislado más de 500 especies de hongos entomopatógenos que afectan a la mayoría de los órdenes de insectos. Las infestaciones naturales por hongos juegan un papel importante en el control de muchas plagas insectiles y en ocasiones alcanza niveles que producen una alta mortandad natural en las poblaciones de insectos. Se considera que los géneros de hongos que cuenta con especies verdaderamente entomopatógenas son Beauveria, Metarhizium, Entomophthora y Aspergillus. En algunas especies de hongos, el espectro de hospederos está limitado a una simple familia de insectos; sin embargo, existen especies como Metarhizium anisopliae, que s capaz de atacar más de 200 especies.
La muscardina verde (M. anisopliae), está siendo utilizada comercialmente en varios países productores de caña de azúcar en Sudamérica, para el combate de diversas especies de mosca pinta. Actualmente, se encuentra en estudio su utilización contra plagas de pastos y caña de azúcar en el país. La utilización de enfermedades fungosas en el combate de insectos se, remonta a principios de este siglo con la introducción de varias especies de Aschersonia, la cual produjo un control completo de la mosca blanca de los cítricos en Florida. En la unión Soviética se utilizó el producto Boverin R, preparado a base de conidias de Beauveria decemlineata, para el control del escarabajo de la papa, Leptinotarsa decemlineata, a dosis de 1.5 kg ha -1, mezclado en ocasiones con dosis bajas de
triclorfón.
En EUA se produce comercialmente el producto Mycar R a base de Hirsutella thompsonii, para el control del ácaro de la “herrumbre” de los cítricos Phyllocoptruta oleivora. Nomuraea rileyi empieza a usarse a gran escala para el control de Trichoplusia ni y Anticarsia gemmatalis.
NEMATODOS Los nematodos se han encontrado parasitando plagas del suelo, forestales, de invernaderos y domésticas. Los principales grupos donde se localizan a la mayoría de los géneros entomófagos son Mermitidae, Rhabditia y Tylenchida. Los mermítidos tienen bastante potencial como parásitos, se citan 300 casos de parasitismo en insectos de importancia médica, de las familias Culicidae, Simuliidae y Chironomidae. Se han encontrado dos especies de Heterotylenchus que causan gran mortalidad en la mosca Musca autumnalis de Missouri, EUA y en Musca velustissima de Australia. Actualmente, con la reproducción de nematodos in vitro, se ha logrado comercializar su uso, en grupos del género Steinernema en EUA y Gran Bretaña (Bonifassi y Neves, 1991).
PROTOZOARIOS Los protozoarios se pueden encontrar infectando el intestino, tejidos musculares, tubos de malphigi, cuerpo graso y hemocitos de los insectos. Los grupos que tienen mayor número de formas parásitas asociadas con invertebrados son Sarcomastigophora, Sporozoa y Cnidospora. Dentro del último grupo, el género Nosema, del orden Microsporidia, es el que posee el mayor número de insectos hospederos. Es posible uso de protozarios a nivel comercial contra varios insectos, se demostró con la diseminación de Natessia trogodermae, mezclada con feromona sintética para el
control del gorgojo kapra; las aplicaciones a nivel de campo de Nosema fumiferanae aumentaron la epizootia en las poblaciones del gusano del abeto. Se ha combinado el uso de Nosema pyrausta, la resistencia genética del maíz e insecticidas químicos, para suprimir las poblaciones del barrenador europeo del maíz. Por otro lado se ha utilizado Vairimorpha necatrix para controlar al gusano elotero del maíz.
DELTA ENDOTOXINAS DE B acillus thuring iensis
La protección vegetal con insecticidas convencionales representa un mercado mundial de $6000 millones de dólares. Sin embargo se tienen varios problemas: o
En general afectan a los organismos no blanco
o
La resistencia se desarrolla con facilidad
o
Efectos nocivos al ambiente
Bacillus thuringiensis (agente causal de enfermedades al gusano de seda) se descubrió
en 1901 por Ishiwata
Fue redescubierta en Alemania por Berliner en 1911 como agente causal de enfermedades en la palomilla de la harina.
Los problemas con insecticidas convencionales ha conllevado a estudiar las delta endotoxinas de esta bacteria.
B. thuringiensis tiene cuatro genes que expresas entomotoxinas o
CryI
específico para Lepidoptera
o
CryII específico para Lepidoptera y Diptera
o
CryIII específico para Coleoptera
o
CryIV específico para Diptera
La mayoría de los genes Cry se encuentran en plásmidos (65-180 Kda) y se pueden presentar uno o varios plásmidos por bacteria.
B. thuringiensis kurstaki tres proteínas grandes (135 y 140 Kda- para Lepidoptera) y una
pequeña (65 Kda- para Lepidoptera y Diptera). Se tienen identificado al menos 20 genes diferentes de la serie Cry.
Patotipos de B. thuringiensis Lepidoptera
o
B. thuringiensis kurstaki
o
B. thuringiensis israelensis Diptera
o
B. thuringiensis tenebrionis Coleoptera
Las proteínas cry se unen específicamente a receptores localizados en los microvilli del mesenterón
MODO DE ACCIÓN: o
o
Las esporas y los cristales son ingeridos por las larvas susceptibles.
o
El cristal se disuelve por el pH del intestino medio
o
o
Las enzimas proteolíticas dividen a la proteína, liberando el fragmento tóxico. El fragmento tóxico se une a receptores específicos de los microvilli del mesenterón Se produce un poro, permitiendo el paso de jugos gástricos al hemocele y de hemolinfa al intestino medio.
o
La larva deja de alimentarse.
o
En el mesenterón, la espora germina y da lugar a otra bacteria.
B. thuringiensis ha tenido popularidad debido a que: o
Cuando el ambiente es inadecuado, produce esporas y un cristal entomotóxico de varias formas
o
o
La bacteria se reproduce por fusión binaria en presencia de de un ambiente adecuado.
No afectan al ser humano
o
Se puede aplicar el día de la cosecha
o
Poco efecto en organismos no blanco.
o
No afecta a la planta ni al ambiente.
o
Baja propensión a resistencia.
B. thuringiensis presenta las siguientes desventajas:
o
Son más caros que los insecticidas convencionales Son más difíciles de aplicar, por se estrictamente de contacto.
o
Son afectados por las condiciones ambientales.
o
NEONICOTINOIDES
En 1978, durante la conferencia de la IUPAC en Zurich, Soloway et al. (1979) presentó un nuevo grupo funcional de insecticidas: los nitrometilenos.
Dentro de los nitrometilenos, el nithiazin resultó ser el análogo más tóxico contra larvas de Helicoverpa zea Boddie.
En 1984 NITHON BAYER en Japón sintetizó la nitroguanidina, NTN 33893, mismo que posteriormente se llamó imidacloprid. Este compuesto manifestó una excelente actividad contra insectos chupadores tales como chicharritas, moscas blancas y áfidos. No se observó actividad insecticida importante contra Lepidoptera.
La actividad insecticida del imidacloprid es fuertemente influenciadapor el grupo piridil.
A primera vista da la impresión que el grupo piridil se deriva de una síntesis química. Sin embargo, la naturaleza ya había descubierto a este grupo. En 1992, el compuesto conocido como epibatidina (que contiene el grupo cloropiridil) se identificó en la piel de una rana venenosa del que vive en el Ecuador. La epibatidina posee una fuerte actividad analgésica y es dos veces más potente que la morfina.
NH
S
NH
N CH3
CH NO Cl
N
N
2
Epib atid in a
Nicotina
Nit hia zin
N Cl
NH
N N
NO2 Imidacloprid CH3
CH3
CH3
N
NH Cl
N
Cl
CH NO2 Nitenpyram
N
CH3 N CN
Acetam iprid
A pesar de que los cloronicotinoides se derivaron de los nitrometilenos, la nicotina y la epibatidina pudieron haber servido como guías para su síntesis.
Análogos cercanos al imidacloprid carecen de propiedades insecticidas.
N Cl
N NH
N
Cl N NO2
N
N CH3 CH NO
2 Imidacloprid (excele ntes propied ades in secticid as) Carece de p ropieda des insecticid
Solamente los isómeros con idéntica configuración cloropiridil tienen excelente propiedades insecticidas contraNephotettix cincticeps. Estructura química
N
Toxicidad relativa
NH
1.6
N N
Cl
NO2
N N
Cl
NH
1.6
N NO2
Cl N
NH
1.6
N N NO2 Cl N N
NH
8.0
N NO2
N Cl
N
NH
1000
N Imidacloprid NO2
El imidacloprid posee un factor de seguridad elevado (7300), en comparación con la nicotina cuyo valor es de <10 (Cuadro 1).
CUADRO 1. Toxicidad selectiva del insecticida imidacloprid. Comparación de la toxicidad topical del imidacloprid y otros aficidas con la toxicidad oral en ratas. Insecticida Toxicidad en rata Toxicidad en áfidos Factor de seguridad DL50 (mg/kg) ED50 (mg/kg) Rata/áfido Organofosforado Oxidemetón metílico Carbamato Pirimicarb Piretroide Ciflutrina Cloronicotinílico
70
0.98
71
150
0.50
300
400
0.024
17000
Imidacloprid Nicotina
450 50
0.062 >5
7300 10
Fuente: Leicht 1996
El modo de acción de los cloronicotinoides no es nuevo, pues lo comparte con la nicotina. Actúan como agonistas de la acetilcolina, es decir que mimetizan la acción de este neurotransmisor, pero no interfieren con el paso normal del impulso nervioso. Al momento que el imidacloprid entró al mercado, no existían compuestos similares que fueran importantes. La distribución del mercado de insecticidas en función de su modo de acción, estaba como se indica en el Cuadro 2.
CUADRO 2. Porcentaje de ventas mundiales de insecticidas en relación a su modo de acción. Modo de acción Insecticida Porcentaje de ventas Activador de los canales de sodio
Piretroides
18
Inhibidor de la acetilcolinesterasa
Carbamatos
20
Organofosforados
41
Agonistas de la acetilcolina
Nereistoxin y análogos
3
Cloronicotinílicos NOTA: estos porcentajes de participación en el mercado de insecticidas se determinaron justo antes de que imidacloprid entrara al mercado.
Los insecticidas que actúan como agonistas de la acetilcolina son los siguientes: análogos del
nereistoxin, cloronicotinoides, nicotinoides y nitrometilenos. Insecticidas análogos del nereistoxin:
H3C
CH3 N
H3C
CH3 N
H3C
CH3
H3C
N
S
O S
S
S
S
Insecticidas cloronicotinoides:
S
S
S
O C
S
Nereis toxinT hiocyclam
SO S
CH3 N
H2N Bens ultap
C O
H2N
Cartap
O
Cl N N
Cl
NH
N
N
CH3
N
N NO2
Imidacloprid
Cl
Cl
CH3
O
S N
N
CN
Thiacloprid
H N
N CH3 N
CN
N CH3 N NO2
NO2 Clotianidin
Thiametoxan
S N
N Acetamiprid
N
Insecticidas nicotinoides:
N CH3
N
Nicotina
Insecticidas nitrometilenos:
S
NH CH NO2
A pesar de que no existen casos de elevada resistencia a cloronicotinoides, lo poco que se conoce sobre las propiedades de su resistencia permite visualizar algunas estrategias para su manejo. o
o
No rote o mezcle insecticidas que pertenezcan al grupo cloronicotinoides. Los cloronicotinoides deben registrarse solamente en los cultivos altamente rentables. De esta manera se evitará que su uso sea generalizado y se minimizará la posibilidad de desarrollo de resistencia.
o
o
o
o
o
o
o
En lugares cerrados (invernaderos) de alto consumo de insecticidas, los cloronicotinoides deben usarse solamente en las temporadas en que las expectativas de precio de la cosecha sean altas. Dentro de un invernadero, evite las siembras escalonadas debido a que permiten la existencia continua de poblaciones y por ende una presión de selección ininterrumpida. Una vez que coseche, cierre el invernadero, destruya los residuos de cosecha y no permita la existencia de plantas hospederas durante al menos el tiempo que duran dos o tres generaciones de insectos chupadoras. Use la dosis efectiva (no menos y no más). Cuando la dosis srcinal no sea efectiva, no la aumente, más bien cambie a otros productos no relacionados. Después del transplante no haga más de una aplicación, el resto deberá ser cubierto con otras opciones de combate. Utilice a los cloronicotinoides dentro de un esquema de manejo integrado de plagas.
LACTONAS MACROCÍCLICAS
Se trata de un grupo funcional con propiedades nematicidas,acaricidas e insecticidas.
Consisten en una mezcla natural de compuestos producidos por una especie de bacteria habitante del suelo, Streptomyces avermitilis, mismo que srcinalmente se aisló en 1976 de una muestra de suelo japonesa.
Las avermectinas demostraronexcelente actividad nematicida en ratones infectados con nemátodos.
Actúan como agonista de GABA (ácido
Las avermectinas consisten deAcuatro componentes mayores (A 1a, A2a, B1a, B2a) y cuatro análogos menores (A1b, 2b, B1b, B2b).
aminobutírico).
OCH3 HO
4'' OCH3 O
O 4' 22 X O
O
23
O 13 19 10
O
O
HO 2 O
5 R5
O25
R25
Serie A: R5 = OCH3 Serie B: R5 = OH Serie 1: X = CH=CH Serie 2: X = CH2-CH(OH) Serie a: R25 = s-Bu Serie b: R25 = i-Pr Ivermectina R5 = OH X = CH2-CH2
La serie A posee un grupo metoxi en la posición C5 en el grupo ciclohexano, mientras que la serie B tiene un grupo hidroxil.
En la serie 1 posee un doble enlace entre el C22 y el C23. Mientras que la serie 2 el enlace doble esta hidratado, al poseer un grupo hidroxil en el 2C3. La serie a posee un grupo butil secundario en el C25.
la serie B posee mayor actividad biológica que la serieA.
Abamectina (avermectina B 1). Es una mezcla de B1a ( ≥80%) y B1b ( 20%) y se utilizan
para el control de plagas agrícolas y urbanas. Rápidamente se destruyen en presencia de luz ultravioleta. En agua, una vez expuesta a la luz solar, la abamectina tiene una vida media de 12 h o menos.
Ivermectina (22, 23-Dihidroavermectina).Se trata de una avermectina semisintética (B 1)
para uso veterinario o médico contra una amplia variedad de helmintos. Es importante para el control de Onchocerca volvulus. ÁCIDOS TETRÓNICOS H3C
CH3 C2H5 O
O
Cl O O
Cl
Spirodiclofen (ENVIDOR)
Acaricida selectivo y de contacto.
Excelente actividad contra Tetranychus urticae y Panonychus ulmi. Actúa sobre todos los estados biológicos, incluyendo huevecillos. La concentración comercial es de
0.00048% de producto formulado por hectárea. Debe aplicarse cuando las poblaciones empiezan a desarrollarse.
No hay resistencia cruzada con los acaricidas conocidos.
Se espera que tenga alto impacto en cítricos, pomaceas, vid y nogal.
Dosis subletales provocan que las hembras no ovipositen o bien que los huevecillos no sean viables.
Las hembras adultas afectadas tienen un contenido de lípidos significativamente menor, por lo que es posible que este compuesto inhiba la síntesis de lípidos.
En T. urticae y P. ulmi, este compuesto provee de un periodo de protección de 21 días.
No existe efecto repelente.
Tiene baja propensión a resistencia.
Bajo impacto en enemigos naturales (Excepto ácaros depredadores) y abejas. Puede afectar a la progenie de la reina de abeja, por lo que no debe aplicarse cuando el cultivo se encuentra en floración.
Spirodiclofen se degrada rápidamente en el suelo. No muestra tendencia hacia la volatilización a la atmósfera.
ORGANOESTANOSOS Este grupo posee como característica distintiva la presencia de un átomo de estaño como átomo principal de la molécula. Poseen características tanto insecticidas como funguicidas. El cihexatín, es uno de los acaricidas más selectivos que se conocen.
Modo de acción Se han registrado varios modos de acción: a) inhiben la fosforilación oxidativa, lo cual reduce la energía disponible en forma de ATP, b) inhiben a la Mg 2+ -ATPasa mitocondrial, c) inhiben la fosforilación de los cloroplastos, por lo que tiene un efecto herbicida contra algas (Ware, 1978).
Mecanismos de resistencia Puede presentarse insensibilidad en el sitio de acción, que es muy inestable, puede ser codominante o recesiva y posiblemente polifactorial (Croft et al., 1984). Se ha observado algún grado de resistencia cruzada entre organoestanosos, por lo que se pudieran definir como un solo grupo toxicológico.
Otros insecticidas Existen en el mercado varios grupos de productos organosintéticos más, que no son de uso tan generalizado como los antes mencionados, pero sirven contra algunas plagas o sus métodos de aplicación son más específicos. Aquí sólo los mencionaremos: Insecticidas órgano azufrados, formamidinas, tiocianatos, dinitrofenoles, nitroguanidinas, fumigantes, insecticidas inorgánicos, aceites minerales, repelentes, atrayentes y feromonas, entre otros. No es nuestro deseo el que sea considerado de menor importancia, ya que pueden ser pilar fundamental en un programa de control de una o varias plagas en particular.
CAPITULO IX RESISTENCIA Con el desarrollo de los insecticidas orgánicos, se pensó que los insectos plaga estaban destinados a desaparecer; sin embargo, empezó a notarse que a pesar de las aplicaciones continuas contra algunas plagas, éstas persistían e inclusive tendían a incrementarse. Al colectar ejemplares sobrevivientes, reproducirlos y someterlos a dosis de insecticidas supuestamente letales, se ha encontrado que muchos individuos no mueren y que pueden regenerar la población. A estos individuos se les considera resistentes al insecticida aplicado. La susceptibilidad diferencial de los insectos a productos químicos fue reconocida en 1887, cuando John Smith (citado por Lagunes, 1974) dio la noticia acerca de variaciones en el control de la escama de San José Aspidiotus perniciosus Comstock. El primer dato formal sobre resistencia en insectos lo proporcionó Melander (1914), quien registró el fracaso del sulfuro de calcio al no controlar dicha escama. A partir de esa fecha, se han conocido muchos casos similares. Georghiou (1971) indica que bajo condiciones adecuadas, la mayoría de las especies son capaces de desarrollar resistencia a infinidad de plaguicidas. Para 1982 se tenían detectados 428 casos de resistencia de artrópodos que se consideran insectos nocivos a la agricultura o que están relacionados directa o indirectamente con el hombre (Georghiou y Mellon, 1982). El dato más reciente de los casos de resistencia lo presentan Georghiou y LagunesTejeda (1991) hasta 1990. El Cuadro 24 presenta el número de casos de resistencia registrados desde 1908 hasta 1990.
Cuadro 24. Artrópodos registrados con resistencia a plaguicidas, desde 1908 hasta 1989.
1908 1928 1938 1948 1954
Especies registradas 1 5 7 14 25
1963 1965 1967 1975 1980
Especies registradas 157 185 224 364 394
1957 1960
76 137
1982 1990
428 504
Año
Año
Fuentes: Georghiou y Melon (1982), Georghiou y Lagunes-Tejeda (1991).
El concepto de resistencia a insecticidas es complejo y controvertido, ya que es un fenómeno muy relativo (Brattsten, 1989). Brown (1941) definió la resistencia como el desarrollo de una habilidad adicional en una raza de insectos de tolerar dosis de tóxicos que son letales para la mayoría de los individuos en una población normal de la misma especie. También se define como la capacidad natural existente en determinadas poblaciones de insectos, de soportar la acción de un veneno; se debe tomar en cuenta que la resistencia adquirida, no es específica para el producto usado, sino que generalmente se extiende a productos similares. La FAO (1979) enmarca la resistencia, como la capacidad desarrollada por una población determinada de insectos, a no ser afectada por la aplicación de insecticidas. Técnicamente se define a la resistencia como la habilidad complementaria y hereditaria propia de un individuo o conjunto de ellos, que los capacita fisiológica y etológicamente, para bloquear la acción tóxica de un insecticida por medio de mecanismos metabólicos y no metabólicos, y en consecuencia, sobrevivir a la exposición de dosis que para otros sería letal.
Resistencia cruzada, es el fenómeno por el cual una población de artrópodos, sometida a presión de selección con un plaguicida, adquiere resistencia a él y a otros
insecticidas relacionados toxicológicamente que no han sido aplicados, pero que son afectados, al menos, por un mecanismo de resistencia común (Georghiou, 1965). La resistencia cruzada negativa, se presenta cuando una población que ha adquirido resistencia a un insecticida, regresa a una susceptibilidad cercana a la srcinal, como consecuencia de la aplicación de otro insecticida que es toxicológicamente diferente (Lagunes, 1991). El término resistencia múltiple se usa cuando una población adquiere resistencia a varios insecticidas, tanto a aquellos que han sido aplicados, como a otros que no han sido aplicados. En este caso, la población posee varios mecanismos de resistencia de forma simultánea (Georghiou, 1965).
FACTORES POR LOS QUE SE DESARROLLA LA RESISTENCIA Se han identificado una serie de factores que son los agentes causales del desarrollo de la resistencia:
Por el abundante uso de insecticidas, lo cual ocasiona una gran presión de selección que elimina a los individuos susceptibles.
Los insecticidas modernos son moléculas orgánicas en las cuales, si ocurre un pequeño cambio en su estructura una vez que se encuentran dentro del insecto, pierden su poder tóxico.
Los insecticidas organosintéticos solo tienen un sitio de acción, mientras que los viejos insecticidas inorgánicos pueden actuar en varios sitios (dentro del insecto).
La demanda de productos agrícolas con apariencia perfecta, ocasiona que los agricultores apliquen mayor cantidad de insecticidas, para evitar daños que puedan desmeritar la calidad de sus productos.
Los programas masivos que tratan de erradicar a las plagas, como sucede en las campañas contra los mosquitos, transmisores de enfermedades.
Además, los insectos no son los únicos organismos que han desarrollado resistencia a productos químicos; ya se han detectado peces resistentes a paratión metílico, sapos y crustáceos resistentes a varios insecticidas, el ratón de los pinos resistente al aldrín y nematodos resistentes al carbofurán. Por otro lado, los insectos también han desarrollado resistencia a otros productos. Algunos insectos presentan resistencia a la bacteria Bacillus thuringiensis y a toxinas provenientes de hongos. Culex molestus, ha manifestado resistencia a Beauveria spp. Es decir, cualquier población de organismos que sea sometida a presión de selección elevada puede crear resistencia, como es el caso de las ratas a la walfarina, algunas malezas resistentes a herbicidas, aunque en estas últimas la resistencia no se ha presentado en gran proporción, debido a que su desarrollo es más lento por las siguientes causas:
Las malas hierbas no se reproducen tan rápido como los insectos.
Las semillas permanecen en dormancia por periodos largos, de tal forma que plantas susceptibles pueden nacer y reproducirse en el campo sin ser seleccionadas.
Las aplicaciones de herbicidas se realizan en forma localizada; sólo se asperja a las malas hierbas que están dentro del cultivo y no se seleccionan las que se encuentran fuera de él.
Algunos insectos y ácaros benéficos, también han mostrado su resistencia a los agroquímicos; sin embargo, bajo condiciones naturales pueden presentar desventajas con respecto a las plagas que controlan estos enemigos naturales:
El potencial bioquímico básico de cada grupo es diferente. Los insectos plaga –que son de oligófagos a polífagos- son capaces de metabolizar las plantas de las cuales se alimentan, mientras que la cantidad de enzimas degradadoras del parásito es
limitada debido a su especificidad. Hay una disponibilidad mayor de alimento para la plaga, ya que hay menos insectos y se pueden alimentar de todo el cultivo, comparado con la escasez de alimento para
los enemigos naturales que se presenta después e una aplicación de insecticida, ya que para encontrar a sus presas les costará más trabajo. Se dice que la esperanza de vida será mayor para la plaga que para el enemigo natural. ANTES DE LA APLICACIÓN Esperanza de vida
Relación: X1
> 1:2
10000 enemigos naturales 20000 insectos plaga
X2 X3
> 1:2
4000 plantas por hectárea
DESPUES DE LA APLICACIÓN Esperanza de vida
Relación: < X1
> X2 > X3
< X1
1000
Enemigos nat.
> 1:2
2000 insectos plaga
> 1:20
Las mismas 40000 plantas por hectárea
BASES GENETICAS DE LA RESISTENCIA Existen dos ideas básicas con respecto al srcen de los genes de resistencia. Una de ellas es la teoría preadaptativa y la otra, la teoría postadaptativa. La teoría preadaptativa postula que los genes de resistencia ya existen en la población y que los insecticidas solo seleccionan a los individuos resistentes. La postadaptativa menciona que los insecticidas producen cambios bioquímicos en los sobrevivientes, que hacen que aumente su resistencia. La única evidencia que apoya esta teoría es la inducción, la cual no es hereditaria.
En la actualidad, la mayoría de los entomólogos y estudiosos de la resistencia están de acuerdo con la teoría preadaptativa. Las evidencias que apoyan a esta teoría son las siguientes:
Dosis subletales no provocan resistencia, debido a que al reproducirse los sobrevivientes, se reestablece la población con la misma constitución genética que poseía srcinalmente.
Los insecticidas no provocan mutaciones en los insectos, es decir, los individuos sobrevivientes no mutan para adquirir resistencia. Al respecto existe una excepción con el caso del oxidemetón metílico que produce mutaciones en algunas razas de Drosophila.
Se puede desarrollar una colonia resistente a insecticidas sin que los insectos estén en contacto con el producto, lo cual indica que los genes ya se encuentran de antemano en la población.
Por medio de sinergistas, es posible indicar y predecir la presencia de los procesos metabólicos responsables de la resistencia generada.
TIPOS DE RESISTENCIA EN INSECTOS Georghiou (1965) clasificó la resistencia en tres tipos: por comportamiento; morfológica y fisiológica.
Resistencia por comportamiento Se refiere a los patrones de comportamiento que contribuyen a la resistencia, éstos pueden ser hábitos tales como la preferencia a descansar en áreas no tratadas con insecticidas en lugar de áreas tratadas, o bien la detección del insecticida y la tendencia a evitarlo antes de ponerse en contacto con él (Carrillo, 1984). La interrupción de la exposición al insecticida, se puede deber a una acción irritante o bien a una acción repelente.
La acción irritante que produce un insecticida en algunos miembros de la población, ocasiona que éstos no sean controlados por el agroquímico. Por tanto, cuando dichos individuos se vuelven mayoría en la población, se dice que es resistente, cuando en realidad dichos individuos son más susceptibles que los normales, ya que si son expuestos forzosamente al tóxico, su DL50 será menor que la de los individuos normales (Lagunes, 1991).
Como ejemplo de la acción repelente, tenemos a las moscas que después de un tiempo, ya no se acercan a cebos con azúcar que contienen malatión; ésta, es un tipo de resistencia que depende del estímulo. También se ha comprobado que hay moscas que tienen la costumbre de posarse en la parte superior de los establos, característica que las hace eludir el insecticida. Además, hay mosquitos que son endófilos y otros que son exófilos; en Rhodesia la mayoría de los mosquitos eran endófilos, pero actualmente los mosquitos viven y se alimentan fuera de las casas, después de 14 años de selección con BHC los mosquitos endófilos fueron eliminados.
Resistencia morfológica Se presenta cuando alguna característica morfológica ocasiona la resistencia, por ejemplo, una menor área de exposición al tóxico (Carrillo, 1984).
Resistencia fisiológica Es el tipo de resistencia más importante; los insectos adquieren resistencia de dos formas. Por adición de un mecanismo de protección. Por insensibilidad en el sitio de acción. Con fines de manejo, los tipos de resistencia se reagrupan en mecanismos de resistencia metabólicos y no metabólicos. Son mecanismos metabólicos cuando involucran cambios enzimáticos, y no metabólicos cuando se refieren a cambios en
sensibilidad del sitio activo, en la tasa de penetración, almacenamiento o excreción, así como en el comportamiento o la forma de los insectos. En el cuadro 25, se presentan los mecanismos de resistencia metabólica y no metabólica más importantes en la generalidad de los insectos. ►
Adición de un mecanismo de protección. Los principales factores que intervienen en este tipo de resistencia son:
Penetración reducida. Generalmente en los insectos resistentes se presenta una menor penetración del tóxico, lo que amplifica la acción del mecanismo metabólico que pudiera existir. Solamente se ha registrado el caso de Aedes aegypti, en el cual la penetración reducida es por si sola, responsable de la resistencia de 5X a malatión.
Mayor almacenamiento en tejidos inertes, normalmente en el tejido graso . Al respecto, no hay registros de colonias resistentes solo por este factor.
Aumento de la excreción . Por sí solo no produce altos niveles de resistencia; no se tienen evidencias de colonias resistentes por una excreción aumentada.
Mayor metabolismo. Este es el mecanismo más importante y el más conocido; depende de los niveles de enzimas que tenga la población. Los principales mecanismos enzimáticos presentes en los insectos son: FOM, reducciones, hidrólisis, conjugaciones y dehalogenaciones. Los individuos con mayor capacidad metabólica son seleccionados por los insecticidas aplicados.
Cuadro 25. Mecanismos de resistencia metabólica y no metabólica de mayor importancia en los insectos.
Mecanismos de resistencia Metabólicos FOM Esterasas Carboxiesterasa
Insecticidas degradables
Organoclorados, organofosforados, Wilkinson, 1983 carbamatos, piretroides y otros Organofosforados Yasutomi, 1983 Malatión fentoato Yasutomi, 1983
GHS-transferasas Organofosforados otros OC-DDT DDTasa Organoclorados dely grupo Hidrolasas Organofosforados y otros No metabólicos Kdr DDT y piretroides ACE insensible Carbamatos y organofosforados Insensibilidad en el sitio de Carbamatos, organoclorados del acción grupo del benceno (OC-Be) y ciclodienos (OC-Ci) Penetración reducida (General) Mayor excreción (General) Mayor almacenamiento (General) ►
Referencias
Dauterman, Metcalf, 19891983 Dauterman, 1983 Plapp, 1976 Hama, 1983 Narahashi, 1983 Matsumura, 1983 Georghiou, 1972 Georghiou, 1972
Insensibilidad en el sitio de acción (ISA) . En este caso, los principales factores que se han identificado son:
Acetilcolinesterasa insensitiva. Se puede presentar en organofosforados y en carbamatos.
Kdr o resistencia al derribo. Se presenta tanto en piretroides, como en organoclorados del grupo del DDT.
Insensibilidad a ciclodienos . Específico para cada insecticida de este grupo.
FACTORES QUE AFECTAN EL DESARROLLO DE LA RESISTENCIA Se sabe que la resistencia se desarrolla rápidamente en algunas especies y lentamente o no se conoce en otras. Además, dentro de una misma especie algunas poblaciones
han desarrollado rápidamente resistencia, mientras que otras la han desarrollado en escasa o nula cantidad. Por esta razón, para tratar de encontrar estrategias que retrasen o eviten el desarrollo de resistencia, se deben conocer los factores que afectan la evolución de este fenómeno. Dichos factores pueden ser: genéticos, biológicos y operacionales (FAO, 1979).
Factores genéticos Los factores genéticos comprenden:
La proporción inicial de genes de resistencia . En una población de insectos en un cultivo.
Número de genes involucrados. Mientras menor número de genes proporcionen la resistencia, ésta se desarrollará más rápido; cuando es proporcionada por varios genes, su desarrollo es más lento, pero será más difícil abatirla, porque los niveles que alcanza son muy altos. Sin embargo, la mayoría de los autores siguen las ideas de Plapp Jr (1984), quien indica que, tomando como modelo a la resistencia en mosca doméstica, existe evidencia de que es un solo locus el que juega un papel preponderante en la resistencia metabólica a diversos insecticidas.
Dominancia de los genes de resistencia. Dependiendo del gene que domine, será la característica de la población. Por ejemplo, si domina un gene que proporciona la característica de alto nivel de oxidasas, la población será resistente a insecticidas que pueden ser desdoblados por tales mecanismos de resistencia.
Interacción de los genes de resistencia . En el caso de que haya cuatro genes de resistencia, sus efectos pueden ser aditivos o multiplicativos.
La expresividad del gene . Existen genes acompañantes, que limitan o facilitan al gene principal, la codificación de cadenas de aminoácidos que producen las enzimas o las formas del sitio activo, responsables de la resistencia al insecticida.
La presencia de resistencia cruzada o múltiple . Debida a una selección anterior con otros insecticidas. El uso histórico de productos sobre una población de insectos, los marca genéticamente para resistencia.
Integración de los genes de resistencia con factores adaptativos . La resistencia adquirida por oxidasas, es más difícil que se pierda, mientras que si se adquiere por esterasas, se pierde más rápidamente. Por otro lado, los individuos que adquieren resistencia pro oxidasas están mejor adaptados al medio que los individuos con esterasas, porque los primeros tienen mayor capacidad metabólica.
Factores biológicos Los factores biológicos son de dos tipos: ►
De potencial biológico
Fertilidad y fecundidad. Si se presenta mayor progenie por generación, aumenta la probabilidad de desarrollo de individuos resistentes.
Monogamia o poligamia. Cuando ocurre monogamia, hay menos posibilidades de desarrollo de resistencia debido a que la transmisión de genes se debe a un solo macho.
Partenogénesis. Hay insectos como Myzus persicae, que en una etapa de su ciclo biológico son partenogenéticos. A partir de una hembra partenogenética sobreviviente, se pueden seleccionar nuevas poblaciones para resistencia a casi todos los insecticidas.
Número de generaciones por año (Voltinismo) . Una población que tiene varias generaciones por año, adquiere más rápidamente resistencia que una población que sólo tiene una generación por año, cuando están expuestas a la misma presión de selección.
►
De comportamiento.
Aislamiento, movilidad y migración. Si una población no migra, adquiere más rápidamente resistencia, mientras que una población migrante la adquiere más lentamente, debido a que no está expuesta continuamente al insecticida.
Monofagia-polifagia. Una población de insectos que tiene menor cantidad de hospedantes en la que es seleccionada, adquiere con mayor rapidez la resistencia, debido a que está más tiempo bajo presión de selección. Un caso típico se presenta en Heliothis virescens y H. zea; la primera adquiere más rápidamente resistencia, pues H. zea tiene varios hospedantes silvestres, donde no es seleccionada.
Refugio y sobrevivencia ocasional . Los insectos que tienen algún refugio, adquieren resistencia más lentamente que los que están directamente expuestos a la aplicación de insecticida. Un ejemplo se tiene en el gusano rosado y el gusano bellotero, donde el segundo adquiere más rápidamente la resistencia, ya que el gusano rosado se mantiene como larva dentro de la bellota y por lo tanto siempre habrá una proporción de la población que no es seleccionada.
Factores operacionales Los factores operacionales se dividen en dos tipos:
►
Con respecto al tóxico aplicado
Naturaleza química del plaguicida. Un insecticida sistémico selecciona más que uno de contacto, por ejemplo:
Relación con compuestos usados anteriormente . Para conocer si son del mismo grupo toxicológico, ya que afecta los diferentes mecanismos de resistencia.
Persistencia de residuos y formulación. Un insecticida que tiene mayor persistencia produce mayor presión de selección; la formulación puede hacer que el producto tenga mayor o menor residualidad.
►
Con respecto al tipo de aplicación
Umbral de infestación para la aplicación . Las aplicaciones deben iniciarse cuando se tenga la mayor población de insectos que sea capaz de soportar la planta sin que le ocasione un daño económico, con el objeto de realizar la menor cantidad de aplicaciones posibles.
Porcentaje de selección. A mayor presión de selección, se desarrolla más rápidamente la resistencia. El porcentaje que se debe seleccionar será aquel que mantenga a la población por debajo del umbral económico, sin intentar
aplicaciones de erradicación. Estado biológico seleccionado. La selección en larva produce mayor resistencia que la selección en adulto debido a que, en general, la larva tiene mayor capacidad metabólica.
Modo de aplicación. Hay mayor presión de selección cuando la aplicación se realiza en forma manual que cuando se hace con avión. La aplicación aérea no tiene buen cubrimiento y deja individuos sin seleccionar.
Aplicación local, total o en manchones. La aplicación total produce mayor presión de selección que las otras.
Selección con secuencias o con mezclas de insecticidas . La selección con mezclas produce mayor presión de selección.
RECOMENDACIONES GENERALES PARA RETRASAR LA APARICION DE LA RESISTENCIA ►
Usar insecticidas con vida activa corta (no residuales).
►
El plaguicida a usarse no debe estar relacionado con otro que se haya usado anteriormente, con respecto a mecanismos de resistencia.
►
La formulación no debe ser de liberación prolongada en el medio.
►
Las aplicaciones deben realizarse cuando las poblaciones alcancen niveles de
►
densidad relativamente altos, para evitar mayor número de aplicaciones. El porcentaje de selección debe ser sólo el suficiente para mantener a la población por debajo el umbral económico.
►
Seleccionar de preferencia adultos.
►
Hacer aplicaciones localizadas, en vez de hacer cubrimientos totales.
►
Deben dejarse algunas generaciones sin seleccionar.
CAPITULO X DETECCIÓN DE POBLACIONES DE INSECTOS RESISTENTES A INSECTICIDAS La resistencia se puede considerar como un proceso inevitable, debido a la presión de selección continua que se sigue ejerciendo con las aplicaciones de insecticidas (Brattsten, 1989). Este desafío debe despertar la conciencia de los entomólogos, para estar preparados a manejarla convenientemente, previniendo en lo posible su desarrollo, o en el peor de los casos encauzando la resistencia hacia caminos desconocidos, presionando sólo algunos mecanismos de resistencia que puedan ser revertidos mediante el uso de otros productos o métodos de control. La resistencia a insecticidas es una consecuencia de cambios genéticos que alteran procesos bioquímicos cuantitativa o cualitativamente. Dichos cambios ocurren a nivel individual, pero se hacen aparentes en toda una población de insectos cuando la proporción de resistentes sea tal que se refleje en una falla en el control (Devonshire, 1990).
EL CONCEPTO DE LINEA BASE Para detectar diferencias en susceptibilidad sobre poblaciones de campo de cualquier insecto, es necesario el conocimiento de la susceptibilidad base, la cual se encontrará en una población que no ha sido expuesta previamente a insecticidas, lo que servirá como punto de referencia (Georghiou, 1963).
METODOS PARA LA DETECCIÓN DE LA RESISTENCIA Convencionalmente, se ha detectado la resistencia mediante pruebas de susceptibilidad a insecticidas, también llamados bioensayos, que por su importancia se abordan con mayor amplitud en el capítulo respectivo. Los bioensayos se basan en pruebas de dosis-mortalidad, usualmente se realizan en el laboratorio. Los bioensayos, fundamentales para la diagnosis y el estudio de la resistencia, han formado la base de programas de detección continua de la resistencia a algunas plagas. Aquí se anotan a los bioensayos como métodos directos para la detección de la resistencia. Además se conocen métodos indirectos, que aunque son muy exactos, específicos y precisos, no se pueden implementar para cualquier plaga, ya que requieren de mucha información básica de los mecanismos de resistencia involucrados en cada plaga, para poderse utilizar.
Métodos directos: bioensayo Hay una gran diversidad de tipos de bioensayo, dependiendo del insecto al que vaya dirigido, el insecticida a evaluar y el objetivo del mismo. Como se verá en el capítulo respectivo, existen factores que afectan los resultados del mismo, inherentes al organismo de prueba y al procedimiento experimental. Dos referencias prácticas para decidir qué bioensayo utilizar en un caso determinado, son el trabajo de Sánchez (1985), quien clasifica los métodos de bioensayos y Vázquez (1993), quien elabora un documento de referencia para el monitoreo de resistencia a plaguicidas en artrópodos, donde describe los bionsayos para los fines grupos de artrópodos para insecticidas convencionales, para los aplicados al suelo, para reguladores de crecimiento, fumigantes, así como para entomopatógeno e insecticidas de srcen microbiano.
Para fines de este capítulo, se ejemplifican cinco tipos de bioensayos que han sido utilizados comúnmente para pulgones: los de tipo residual, los de inmersión del insecto, las aspersiones, los sistémicos y la aplicación tópica (Sánchez, 1985). En casi todos los bioensayos se mide la mortalidad sobre adultos ápteros de uno a diez días de edad. Con los bioensayos se pueden detectar diferencias en susceptibilidad mediante la relación R/S (colonia resistente sobre colonia susceptible) de los valores de DL 50, llamada proporción de resistencia (PR). La PR permite comparar dos poblaciones de insectos, con base en una dosis de un insecticida, -sea ésta a nivel de DL 50, DL90 u otra de interés-, para saber cuantas veces es necesario aumentar dicha dosis para alcanzar la mortalidad deseada (50 ó 90%), con respecto a la considerada como línea base. Los bioensayos permiten detectar la homogeneidad genética de la población en su respuesta al tóxico, la cual se observa en los valores de la pendiente de la recta de regresión, obtenida mediante el procedimiento Probit; entre mayor es la pendiente, la colonia es genéticamente más homogénea, es decir, la población posee los mismos genes de resistencia y está aproximadamente en las mismas proporciones entre los individuos. Los mecanismos participantes en la resistencia de una población, también pueden ser identificados indirectamente en los bioensayos, mediante el uso de sustancias que sinergizan a los insecticidas utilizados. Los sinergistas se unen a las enzimas que ocasionan la resistencia, por lo que permiten actuar libremente a los tóxicos, hecho que se refleja en valores de susceptibilidad en los insectos resistentes, casi tan bajos como los de la línea base.
A) Aplicación tópica En la aplicación tópica, es común el uso de jeringas de 500, 250 y 100 µl, que combinadas con los microaplicadores, dan volúmenes de disparo de 1.0 a 0.1 µl insecto1
(FAO, 1970). El medio líquido de uso generalizado en los bioensayos es la acetona, ya
que es un buen solvente, tiene una toxicidad muy baja y una alta volatilidad (Banks y Needham, 1970; Needham y Devonshire, 1973); sin embargo, esta última característica resulta difícil de manejar en volúmenes pequeños, con pérdidas de hasta 65% para 0.1 µl de acetona teóricamente aplicada. Needham y Devonshire (1973) proponen el uso de
la metil-etil-cetona (MEC o EMK) como solvente en bioensayos de menos de 0.1 µl. Se utilizan de 30 a 60 insectos para cada una de las cuatro a ocho dosis, siempre con un testigo al que sólo se le aplica el solvente. A las 24-48 horas, se registran como muertos los insectos paralizados, moribundos o que no reaccionen el tacto con un pincel. Para insectos chupadores, se utilizan contenedores para mantener a los insectos vivos hasta la lectura de mortalidad; pueden ser cajas de Petri con hojas completas o parte de las hojas de alguna planta hospedante (Attia y Hamilton, 1978). Se han utilizado dispositivos especiales, como las celdas pequeñas hechas de discos de hoja y cilindros de vidrio, confinadas por un anillo o película del antiadherent e “fluon” (dispersión de politetrafluoroetileno I.C.I.) (Needham y Devonshire, 1973), o unidades de perspex que acomodan círculos de hoja en una cavidad central, con canales para proveer de humedad a las hojas (Galley, 1968).
B) Aplicación residual Se utilizan hojas o parte de ellas, sueltas o todavía unidas a plantas, las cuales son puestas en contacto con soluciones acuosas de los insecticidas a utilizarse, diluidos a las dosis logarítmicas requeridas. Se escurre el exceso de líquido de las hojas y se depositan los insectos en el envés, entre dos y 24 horas después de la inmersión (Georghiou, 1963; Koziol y Semtner, 1984). Una forma de contener a los insectos sobre la planta, es mediante celdas de hule espuma, colocadas en el envés de las hojas, sostenidas por alfileres que atraviesan la lámina foliar hasta una laminilla de hule espuma colocada sobre el haz (Mello et al., 1967). Pueden agregarse humectantes como el Trition-X o el Agral LN (Baker, 1978). A
los pecíolos de las hojas completas, se les coloca algodón húmedo para evitar la desecación.
C) Bioensayo de inmersión del insecto Los bioensayos de inmersión del insecto o “dip -test”, se han utilizado como un
procedimiento rápido de detección de la resistencia, mediante la aplicación de una dosis discriminante, definida como la concentración de insecticida que mata consistentemente a todos los áfidos susceptibles, en el lapso de una hora a 20-25ºC, después de una inmersión durante 10 segundos. El dip-test consiste en colocar a 40 insectos en un cilindro de vidrio con un anillo de fluon aplicado al centro interno del cilindro, y una gasa fina atada al extremo inferior con una liga. Justo antes de la inmersión, los insectos son movidos a la gasa mediante un golpe a la base del cilindro, inmediatamente se coloca en un plato de vidrio poco profundo; la solución de insecticida se descarga rápidamente sobre el dispositivo, en el que los insectos permanecen inmersos durante 10 segundos; se remueve el cilindro del plato de inmersión y la gasa se seca sobre papel absorbente. Se pone otra gasa nueva en el otro extremo del cilindro, se voltea éste y se vuelve a golpear en la base para que caigan los organismos. Se dejan reposar por una hora a 20-25ºC, antes de registrar la mortalidad. Se realizan tres repeticiones y un testigo con agua. Los insectos que hayan perdido la movilidad oque no respondan al ser pinchados para verificar sus signos de vida, se registran como muertos (Brusvine, 1980). Con esta metodología, no se detectan pequeños cambios de susceptibilidad dentro de la colonia, ya que los clones tolerantes son eliminados por las dosis discriminantes; sin embargo, es una herramienta barata, rápida y simple, la cual puede ser confirmada con pruebas bioquímicas (Sawicki et al., 1978) u otro tipo de bioensayo.
D) Aplicación por aspersión Este bioensayo ha sido ampliamente utilizado (McClanahan y Founk, 1983), aunque con mucha variabilidad en la metodología y hasta en los resultados obtenidos. Se basa en la aspersión de una cantidad conocida de un insecticida comercial sobre una planta, plántula, hoja o disco de hoja, por un tiempo estándar o hasta que la hoja gotee la solución. Se utilizan desde aspersoras manuales sin control depresión y volumen, hasta la torre de aspersión “Potter Tower”, que estandariza la a ltura de la boquilla, la presión
inicial y el volumen asperjado (Hurkova, 1970). La mortalidad, el número de insectos por dosis y la cantidad de dosis por insecticida, son similares a los anteriores, los contenedores de los insectos sobre las hojas también son similares, a excepción de cuando se usan plantas completas. En este caso se pueden utilizar mezclas de insectos resistentes y susceptibles en la misma planta, marcados con polvos fluorescentes para su correcta identificación, y toda la maceta es cubierta con una jaula de malla (Rusell, 1965).
E) Bioensayos sistémicos Sirven para medir la respuesta de una población a aquellos tóxicos que tiene la propiedad de poder circular junto con la savia de la planta. Para realizarlo, la metodología es muy variable. Subderuddin (1973) inyectó 1 µl de la dilución apropiada de insecticida en acetona, en la nervadura principal de discos frescos de hoja de nabo de diámetro conocido, y colocados en dispositivos de perspex. McClanahan y Founk (1983) mojaron plántulas de chile o col de China, con 15 ml de la dilución apropiada, dejaron la plántula 48 horas en cámaras de crecimiento, y confinaron diez insectos en cada una de las tres hojas que cortaron de la planta. También se han probado los sistémicos al homogeneizar insecticidas granulares en una cantidad conocida de suelo y plantar la hospedante, o colocando una cantidad
determinada de granulado en la superficie, cubierto por dos centímetros de suelo y dando riesgos ligeros para prevenir el drenado del insecticida (Boiteau et al., 1985).
Métodos indirectos: bioquímicos Si bien, la forma más exacta de detectar la resistencia es a través de bioensayos, éstos tienen serias limitaciones: requieren de gran número de insectos e incluso la ayuda de crías artificiales, la cantidad de muestras a procesar es limitada, los resultados se obtienen mucho tiempo después y pueden ser ambiguos si la resistencia es muy ligera o las poblaciones son heterogéneas (Miyata, 1983). Los métodos bioquímicos son indirectos, ya que correlacionan un alto nivel de una enzima o una reacción enzimática específica, con la resistencia comprobada de cierta colonia de insectos; pueden ser cualitativos o cuantitativos, generalistas o altamente específicos, según la metodología utilizada. Ya existen métodos específicos para diversas enzimas.
Las técnicas de biología molecular proveen un acceso directo a los genes responsables de la resistencia, de tal modo que se puede dejar establecida su estructura genética y su organización (secuencia de aminoácidos y estructura del DNA) (Devonshire, 1990). A continuación se exponen las bases de los métodos que se utilizan en la detección de la resistencia en M. persicae:
A) Colorimetría Las ali-esterasas de áfidos resistentes (R) y susceptibles (S), hidrolizan al acetato, y la actividad hidrolítica es medida con facilidad
-naftil
mediante el método
colorimétrico de van Asperen (1962), que modifica ligeramente el método desarrollado por Ozaki (1969) para actividad ali-esterasa incrementada, o la prueba de la placa (“tile test”), desarrollada por Sawicki y colaboradores (1978). Estas pruebas se basan en
machacar un pulgón en una placa, papel filtro o gel, agregar un amortiguador con
naftil acetato,
-naftol y/o
-
-naftil acetato, sustratos adecuados de las esterasas y,
posterior a un tiempo de incubación, adicionar la sal rápida B (naftanil diazo azul B); la reacción se detiene o se lee después de uno a diez minutos, la cual srcina un color azul ante la presencia de la enzima (Miyata, 1983), lo que mide la actividad total de las esterasas.
B) Electroforesis Para la identificación de esterasas en poblaciones resistentes de M. persicae, se ha utilizado con éxito la separación de sustancias con base en diferencias de velocidad de desplazamiento, atribuidas a su polaridad y peso molecular. Hay muchas variantes en las técnicas electroforéticas (de columna, de placa, con diferentes tipos de gel, con diferentes amortiguadores, equipos lectores y tiempos de acarreo); sin embargo identifican y separan con claridad las esterasas de interés. Las reacciones de las esterasas con naftil acetato se hacen visibles mediante el azul rápido B, lo que se utiliza para medir indirectamente la cantidad de enzima (Beranek y Oppenoorth, 1977; Brookes y Loxdale, 1987).
C) Técnicas con isótopos radioactivos Para medir la hidrólisis de los organofosforados, se usa un insecticida radio marcado con el isótopo tritio ( 3H), que se sintetiza comúnmente en los grupos etil- 3H o metil-3H; se pone en incubación con un homogenado de áfidos inmerso en un amortiguador de fosfatos, se desnaturalizan las proteínas en ácido perclórico, se extrae la mezcla en cloroformo y se mide mediante un contador de centelleo líquido (Devonshire, 1977; Devonshire y Sawicki, 1979).
D) Técnicas inmunoenzimáticas Las técnicas inmunoenzimáticas tienen varias ventajas con respecto a los métodos anteriores: alta especificidad para la molécula a detectar, reacción colorimétrica fácilmente cuantificable, sin correcciones por peso del insecto y un aumento considerable en la cantidad de muestras procesables por día.
Un inmunoensayo utiliza inmunoglobulina (lgG) para la molécula a identificar; la IgG se produce al inyectar al torrente sanguíneo de un mamífero (regularmente conejos), la molécula de interés (antígeno) altamente purificada, para que su sistema inmunológico lo trate de repeler mediante la producción de anticuerpos, los cuales se extraen de la sangre y constituyen la inmunoglobulina específica (lgG). En la inmunodifusión en agar, se utilizan cajas de petri preparadas con gel de agar, se elabora un pozo de aproximadamente cinco milímetros de profundidad al centro, y otros seis alrededor, equidistantes; en el centro se coloca el antisuero con la lgG, y en los seis pozos restantes se adicionan homogenados de áfidos. Por difusión en el agar, las enzimas del áfido son capturadas por el antisuero, formando una banda anillada en la zona intermedia entre el homogenado positivo y el pozo central (Devonshire et al., 1986). El ensayo de inmunoabsorbencia con enzimas conjugadas (ELISA) no es práctico, ya que la esterasa E4 retiene su actividad enzimática al estar unida con la lgG; por tanto, es mejor usar técnicas menos complicadas. El ensayo de inmunoplaca se basa en la absorción de la lgG en las paredes de poliestireno de una inmunoplaca y en la unión selectiva de la lgG con la enzima E4, a partir de un homogenado crudo del cuerpo de un insecto, y de esta manera la cantidad de esterasa se observa por el cambio de color logrado con el azul rápido B.
Con una inmunoplaca de microtitulación de 96 pozos y un homogeneizador múltiple que agita simultáneamente a los 96 pozos, se logran procesar 1000 áfidos día -1 (Devonshire et al., 1986).
Técnicas
moleculares:
ensayo
con
sonda
de
ADN
complementario (cADN) para esterasas Algunas poblaciones del pulgón verde pierden espontáneamente la resistencia, es decir, revierten su capacidad de producir la esterasa en grandes cantidades, sin perder genes de resistencia; para detectarlos, se ha implementado un ensayo con sonda de ADN complementario para genes de esterasa en áfidos individuales. Esta técnica se utilizó primeramente para demostrar la amplificación genética de las esterasas en M. persicae; sin embargo, ha probado ser útil en la detección del genotipo de poblaciones de campo o ensayos de laboratorio. Se basa en realizar un homogenado del áfido, unirlo a una membrana de hibridización la cual se lava, desnaturalizar el ADN, neutralizarlo, prehibridizarlo, posteriormente hibridizarlo con una solución que contiene una sonda de ADN complementario para esterasa radiomarcada con 32P. La sonda de cADN se une al ADN del homogenado exactamente con las bases que portan la informaicón para la síntesis de la esterasa. A un tiempo dado, se lava la membrana y se detecta la amplificación genética por auto radiografía a temperaturas de supercongelamiento (Field et al., 1989).
Otras metodologías para el estudio de la resistencia Estudios electrofisiológicos y de cinética enzimática .- Estos estudios permiten describir algunos cambios en la interacción entre los insecticidas y sus sitios de acción
en los insectos. Son básicos para el establecimiento de los mecanismos de resistencia involucrados en cada especie.
Estudios genéticos formales. Establecen los patrones de la herencia y pueden aislar los genes de resistencia en clones homocigotos (dominantes o recesivos) para la realización de estudios toxicológicos y bioquímicos a detalles.
Estudio de genética poblacional y modelaje . Describe y predice el disparo de la resistencia en campo. Para estos estudios pueden ser útiles algunos criterios poblacionales de insectos con mecanismos de resistencia, así como la proporción de los insectos susceptibles contra la población conocida de los resistentes, además de la simulación de las condiciones de aplicación en campo (Devonshire, 1990).
CAPITULO XI BIOENSAYO Bioensayo, es cualquier método por medio del cual alguna propiedad de una substancia o material, es medida en términos de la respuesta biológica que produce. El bioensayo, se emplea para determinar la toxicidad de las sustancias químicas con supuestas propiedades tóxicas.
OBJETIVOS DE UN BIOENSAYO ►
Determinación de la eficiencia de varios tóxicos contra una población de insectos o ácaros.
►
Determinación de la susceptibilidad de diferentes razas o especies de artrópodos a un tóxico.
► Determinación
de la cantidad de un tóxico en un sustrato. El bioensayo fue de utilidad
en el análisis de residuos, con el uso de colonias indicadoras de moscas del vinagre Drosophila, tanto susceptibles como resistentes.
COMPONENTES DE UN BIOENSAYO Un bioensayo posee dos componentes: el estímulo y la respuesta. El estímulo, es el agente que produce una respuesta en el organismo tratado; puede ser químico, físico o eléctrico. La respuesta, es el efecto o manifestación que produce la aplicación del estímulo; puede ser la muerte, el derribo, un nivel enzimático, la frecuencia de los latidos del corazón, la temperatura, etc.
Los componentes de un bioensayo pueden representarse en un sistema de coordenadas, en las que al eje de las abscisas, se le asignan los valores del estímulo y al de las ordenadas, los del efecto. En el caso particular del estudio toxicológico de insecticidas, el estímulo es el insecticida aplicado y la respuesta es la muerte del insecto. La magnitud del efecto de un bioensayo, está en función de los factores involucrados: E = f(a, t, T, e, y, s, etc.) Donde: E = estímulo a = cantidad de tóxico t = tiempo de exposición T = temperatura e = efectos del medio ambiente y = factores fisiológicos s = edad del individuo, estado nutricional, etc. Dichos factores deben estandarizarse para evitar la variación, lo que permite comparar los resultados del investigador con los obtenidos por otros laboratorios o en diferente tiempo.
TIPOS DE BIOENSAYOS Directos. Consisten en la aplicación de una dosis única a un animal, o en el incremento del estímulo en un período de tiempo. Generalmente lo que se busca es una respuesta fisiológica como latidos del corazón, tasa respiratoria, consumo de bióxido de carbono, temperatura corporal, etc.
Indirectos. En este caso consisten en la aplicación de una dosis a una muestra representativa de la población, de manera que los resultados son atribuidos a la población de donde se extrajo la muestra. Este tipo de bioensayo tiene dos características importantes: ►La
muestra es tratada de forma que se obtiene una respuesta del todo o nada
(muerto o vivo), que también se conoce como respuesta cuantal. ►
Por medio de la respuesta de la muestra tratada, se estima la respuesta de todo la población. Se deben reunir algunos requisitos que permitan realizar el análisis estadístico de manera adecuada; entre otros, se recomienda que en las pruebas con insectos se incluyan al menos cuatro repeticiones, con la finalidad de detectar la mayor variación posible de la población. Este tipo de bioensayo es el más común en trabajos de toxicología en insectos y ácaros.
DOSIS CONTRA DOSIFICACIÓN Dosis. Es la cantidad exacta de un compuesto químico, aplicada a un organismo, esto ocurre cuando -1 se aplica tópicamente. Las unidades en que se expresan las cantidades son: µg insecto , ug g-1 de insecto, ug hembra-1.
Dosificación. Es la cantidad de tóxico aplicada al medio ambiente que rodea al organismo, por ejemplo la cantidad de un compuesto aplicada al agua contra larvas de mosquitos, cantidad aplicada a las hojas contra insectos fitófagos, impregnación de papel, etc. Las unidades empleadas son ppm (partes por millón), g m -2, g cm-2, g m-3. En este caso el investigador no tiene idea de la cantidad de tóxico que entra en contacto con el organismo. En las pruebas de dosificación se deben tomar en cuenta las siguientes consideraciones:
Una mayor actividad del insecto induce mayor contacto con el tóxico.
La distribución del insecticida, afecta la posibilidad de que el insecto entre en contacto con él. Para evitar esta complicación, se debe aplicar con un dosificador que logre distribuir homogéneamente el tóxico, en el ambiente o superficie a contaminar.
Si el insecticida tiene cristales grandes y largos, éstos tenderán a asociarse con la superficie. En estos casos se aconseja agregar aceite de linaza para evitar la cristalización.
La viscosidad puede afectar los resultados. Los medios acuosos separan con facilidad a los tóxicos con alta viscosidad.
Los bioensayos que se expresan como dosis, usualmente son más precisos que los expresados como dosificación.
La cantidad de tóxico que se aplica, no siempre es la misma que la que llega al sitio de acción, en esto tienen que ver los factores que se mencionan a continuación:
Parte del insecticida aplicado, no entra en contacto con el insecto, debido a que se volatiliza.
Hay descomposición por intemperización.
En el integumento de algunos insectos, se presentan factores que promueven la penetración reducida del tóxico.
Almacenamiento de tejido inerte, generalmente tejido graso.
Mayor excreción del organismo.
Tasa o proporción de activación, por medio de la formación de productos más tóxicos al interior del insecto.
Tasa de degradación.
Insensibilidad en el sitio de acción.
Pruebas de efectividad y pruebas de susceptibilidad Las pruebas de efectividad se refieren a cuando se evalúan diferentes insecticidas en una sola población o un solo cultivo. Tal es el caso de los ensayos de insecticidas que
realiza el INIFAP o las escualas de agronomía, para conocer si un conjunto de insecticidas sirven para eliminar una plaga en un cultivo de cierta región, o para los ensayos de campo que requieren las compañías de insecticidas para obtener el registro de un producto ante Sanidad Vegetal. En las pruebas de susceptibilidad, se realiza una comparación de un insecticida contra diferentes poblaciones de insectos. Su objetivo es determinar cuál población ha desarrollado determinado nivel de resistencia o tolerancia al tóxico, en relación a poblaciones que aún son susceptibles. Para estas pruebas, se utilizan básicamente los bioensayos.
EVALUACIÓN DE LA TOXICIDAD La toxicidad de los insecticidas o de cualquier tóxico a un organismo, se expresa usualmente en términos de DL 50 (dosis letal cincuenta); este valor representa la cantidad de tóxico por unidad de peso que mata 50% de los animales empleados en la prueba. La DL50 comúnmente se expresa en mg kg -1 y ocasionalmente en mg por animal. En los casos en que no se sabe la cantidad de tóxico que entra en contacto con el insecto, pero sí se sabe cuál es la cantidad de insecticida que rodea al organismo, se usa el término CL50 (concentración letal cincuenta). Por ejemplo, la toxicidad de insecticidas en larvas de mosquitos o peces, comúnmente se determina por la concentración del compuesto tóxico que mata a 50% de los animales expuestos, en un periodo especificado (generalmente es a las 24 h). Se usa también el término TL 50 (tiempo letal cincuenta), cuando los organismos se exponen a una misma dosis o dosificación, pero las evaluaciones de mortalidad se hacen a diferentes tiempos; por ejemplo, 1 min. 2 min, 5 min, 15 min, 1 h, 3 h, 10 h, 24 h.
Al utilizar quimioesterilizantes, el propósito no es matar a la población de insectos, sino esterilizarlos sin reducir su vigor. En este caso, la efectividad del producto se mide por sus efectos sobre la fertilidad y fecundidad; para estos fines se usa el término DE 50 (dosis efectiva para esterilizar a 50% de la población) y la CE 50 (concentración efectiva para esterilizar a 50% de la población). La evaluación de la toxicidad de los plaguicidas, puede hacerse en insectos y animales superiores, para inferir sus riesgos sobre el hombre. Hay muchas formas de administrar insecticidas para evaluar toxicidad. El método comúnmente empleado para insectos, es la aplicación tópica (capítulo X), en la que el insecticida se disuelve en un solvente volátil e inocuo, como la acetona; después se coloca en una parte conocida del insecto, usualmente en el protórax. Casi siempre se hacen combinaciones de una cantidad constante del solvente con concentraciones variables del insecticida. Aunque los resultados obtenidos con la aplicación tópica pueden dar una indicación muy segura de la toxicidad relativa en cualquier animal, no indica la cantidad exacta que entra al cuerpo; para ello se emplea el método de inyección. En este último método, el insecticida comúnmente se disuelve en glicol propileno o en aceite de cacahuate o maíz y se inyecta en la cavidad del cuerpo. En los insectos, la inyección se hace en el abdomen o en la región intersegmental, tratando de evitar dañar al cordón nervioso abdominal. En algunos casos, estos métodos no se pueden emplear debido al modo de vida del insecto. Por ejemplo, en larvas de mosquitos no puede usarse el método de inyección o el de aplicación tópica; por tanto se utiliza el método de contaminación del medio, en el cual las larvas se sumergen en agua y después se aplica el insecticida que generalmente va disuelto en acetona; los resultados se expresan en términos de CL50.
El método de contacto o de exposición residual, es otra forma de dejar al insecto expuesto al insecticida. En este caso, el insecticida diluido en un solvente, se aplica a las paredes del recipiente que contiene a los insectos, el solvente se evapora y sólo queda el insecticida impregnado en las paredes a la dosificación deseada. Basado en las medidas de control y en su modo de vida, hay algunas formas de probar la efectividad de los insecticidas en varias especies de insectos. El método de inmersión de hojas en ácaros, el de fumigación contra plagas de granos almacenados y el de alimentación para larvas, se usan con mucha frecuencia. En todos los casos, los resultados son relativos y se comparan con los efectos conocidos de insecticidas convencionales. Otros ejemplos se pueden ver en el capítulo X. Para expresar la susceptibilidad de cualquier población de insectos a cualquier veneno, se grafican las unidades Probit del porcentaje de mortalidad, contra una escala logarítmica de la dosis. En forma empírica, se ha observado que en muchos procesos bioquímicos y fisiológicos, incrementos iguales en efectos son producidos sólo cuando el estímulo se incrementa logarítmicamente.
LEY DE WEBER Y FECHNER. El cambio en magnitud o intensidad de una respuesta biológica, es proporcional no al cambio aritmético en el estímulo, sino a su logaritmo. En un ensayo con insectos, al graficar en un eje de coordenadas el estímulo contra el efecto, se obtendrá una línea sigmoide cuyos valores no pueden ser interpretados Para que esto no suceda se necesita transformar la línea sigmoide en una línea recta, esto se logra al transformar la respuesta, de porcentajes a unidades probit, además de expresar al estímulo en logaritmos. De esta manera, se obtiene una recta que facilita la interpretación de los resultados.
REQUERIMIENTOS PARA OBTENER LÍNEAS Ldp RECTAS (Líneas dosis-Probit)
Para obtener una línea recta al construir las líneas dosis-Probit (Ldp), es necesario que exista una distribución normal de la respuesta al tóxico.
En ocasiones, no se obtienen líneas Ldp rectas, debido a que la población es bimodal; en este caso se obtienen líneas Ldp con escalones. Cuando se obtiene una respuesta de este tipo, es posible que haya dos poblaciones mezcladas, una susceptible y una resistente; el escalón corresponde a la respuesta combinada de las dos poblaciones. También se puede llegar a presentar una población trimodal: Cuando se tiene una respuesta de este tipo, es posible que existan tres poblaciones mezcladas, de diferente susceptibilidad al tóxico o bien, que la resistencia se debe a varios genes. Para poder detectar esos cambios en la respuesta de la población, es necesario que el bioensayo tenga varias dosis, para obtener una buena cantidad de puntos, y lograr graficar con claridad los escalones. En otras ocasiones, cuando se hace el bioensayo, sólo se obtiene respuesta hasta un determinado porcentaje de mortalidad; de allí en adelante, aunque se aplique más tóxico, no hay aumento en el efecto, como se observa en la siguiente gráfica: Las posibles causas de una respuesta de este tipo son: ►Que
►
el tóxico ya no se disuelva; de modo que, por ejemplo, sólo lo haga en
cantidad suficiente para matar a 70% de la población. Que la población esté en sus primeras etapas de retorno a la susceptibilidad, o de aumento en resistencia.
La muestra debe ser representativa de la población, para lo cual deben hacerse por lo menos cuatro repeticiones en días diferentes.
La dosis efectiva debe estar en proporción constante a la dosificación. La cantidad que llega al sitio de acción, debe ser proporcional a la cantidad que se aplica.
PROPIEDADES DE LA LINEA Ldp Posición. La posición de la línea Ldp, indica la toxicidad del compuesto usado. Esta toxicidad usualmente se expresa en términos de la dosis, la concentración o el tiempo necesario para matar el 50% de la población (DL 50, CL50 y TL50). En la figura siguiente, se muestra la posición de las líneas de tres compuestos; el más tóxico es el A, porque se requiere menor dosis para matar a 50% de la población. Pendiente. Es la proporción o tasa de cambio en la mortalidad, con respecto al cambio unitario en la dosis. Generalmente se representa por la letra “b”. Si se considera que se tiene la siguiente respuesta de una población a un insecticida:
Entonces el cálculo de la pendiente se realiza de la siguiente forma: B= Efecto Log dosis
=
Probit 1 – Probit 2
log dosis 1 - log dosis 2
=
6 - 4
=
6.6
0.9 - 0.6
SIGNIFICADO DE LA POSICIÓN Y LA PENDIENTE DE LA LINEA Ldp ►
Entre mayor es el valor de la pendiente más vertical es la línea.
►
A mayor pendiente, con el mismo incremento de dosis hay mayor efecto.
La posición de la línea indica qué tan rápido llega el insecticida al sitio de acción. Esto se observa cuando se comparan diferentes métodos de aplicación, usando el mismo insecticida, por ejemplo: Lo anterior indica que en el método por inyección, el insecticida llega más rápido al sitio de acción, mientras que el residual o de contacto tarda más tiempo. El método de inyección no es usado en bioensayos con insectos porque con un pequeño error en el método se tiene una gran variación en la respuesta, es decir que son menos reproducibles los resultados. La pendiente indica la homogeneidad o heterogeneidad de la población en su respuesta al tóxico. A mayor pendiente, más homogeneidad y a menor pendiente, más heterogeneidad. A= Población más homogénea
B= Población más heterogénea
LIMITES DE CONFIANZA (LIMITES FIDUCIALES) Los límites de confianza, también denominados límites fiduciales, son los límites de significancia de la línea Ldp a ambos lados de cada dosis. Si por ejemplo, tenemos una DL50 = 25 ppm y la desviación estándar es de 40, entonces los límites de confianza se representan de la siguiente forma: DL50 = 25 ± 10
Esto significa que la DL 50 95% (el grado usual de confianza en estas pruebas) estará entre 15 y 35 ppm. En forma gráfica quedaría representada de la siguiente manera: Obsérvese que los límites fiduciales se estrechan a nivel de DL 50 y se van ensanchando hacia valores mayores como menores de mortalidad. En este punto, la respuesta al tóxico es más estable, debido a lo cual se ha establecido como medida de comparación de la toxicidad. Si los límites de confianza de dos líneas se traslapan, quiere decir que éstas, no son significativamente diferentes. Si en el análisis estadístico se obtiene un valor de jicuadrada (x2) muy elevado, es un indicativo de fallas en la manipulación metodológica del bioensayo de una gran heterogeneidad genética de los individuos en la muestra, en su respuesta al tóxico, ya que presenta un bajo ajuste de los datos al modelo lineal.
CRITERIOS PARA UN BUEN BIOENSAYO
Linealidad de la respuesta.
Que la dosis sea precisa, es decir, que se sepa la cantidad de insecticida que se está aplicando.
Seguridad en la determinación de la respuesta. Que se pueda determinar claramente si el insecto tratado está vivo muerto.
Que el medio donde se realiza el bioensayo (temperatura, humedad, etc.) sea similar a las condiciones promedio donde se desarrolla naturalmente la población bajo estudio.
Uso de la fórmula de Abbott (1925) para corregir la mortalidad natural.
MC =
X –Y ( 100) 100 – Y
Donde: MC =
mortalidad corregida (%)
X = mortalidad en el tratamiento (%) Y = mortalidad en el testigo (%) Por ejemplo, si tenemos X = 50 y Y = 10, la mortalidad corregida sería la siguiente: MC = 50 – 10
( 100) = 44.4%
100 - 10 En general cuando se obtiene más de 15% de mortalidad en el testigo, los resultados deben desecharse.
Medio ambiente constante, ya que esto puede afectar la toxicidad del compuesto. Se ha encontrado diferente respuesta de los insectos a la aplicación de tóxicos al variar las condiciones del medio, por ejemplo la temperatura.
Que el método sea sensible , es decir, que se encuentren diferencias al cambiar las dosis.
Que el método sea reproducible . Esto se refiere a que las condiciones de los insectos sean constantes al momento de la aplicación del tóxico. Entre éstas están: a) Sexo. Usualmente los machos son más sensibles que las hembras. b) Edad. La edad debe lo más constante posible ya que la tolerancia varía con la edad. c) Nutrición. Debe ser uniforme para toda la población; se ha encontrado que la dieta para la cría del insecto, afecta sensiblemente el grado de resistencia a un tóxico. d) Sitio de aplicación. Debe ser constante, debido a que la sensibilidad del insecto difiere según la región del cuerpo en la que se aplique. e) Las repeticiones deben hacerse en días diferentes .
f)
Los bioensayos deben hacerse a la misma hora del día , ya que los ritmos circadianos afectan la sensibilidad.
g) El solvente usado debe ser siempre el mismo . Generalmente, se usa la acetona porque se puede conseguir fácilmente, se evapora rápido y no es tóxica. h) El sustrato para el bioensayo debe ser estandarizado . i)
Evitar errores metodológicos en la conducción del ensayo.
Con fines de precaución en el manejo de plaguicidas, los productos están clasificados en cuatro categorías, tomando en cuenta la toxicidad determinada en mamíferos menores y aves, lo cual permite inferir el efecto que pueden tener en el hombre:
Altamente tóxico. Si el valor de la DL 50 oral es menor a 50 mg kg -1, si la DL50 dérmica es menor a 200 mg kg -1, y si la CL50 por inhalación es menor de 0 a 2000 mg l-1.
Moderadamente tóxico. Si el valor de la DL50 oral va de 51 a 500 mg kg -1, si la DL50 dérmica va de 201 a 2000 mg kg -1, y si la CL50 por inhalación es de 2001 a 20000 mg l-1.
Débilmente tóxico. La DL50 oral puede variar de 500 a 50000 mg kg -1, y la DL 50 dérmica de 2000 a 20000 mg kg -1.
Relativamente no tóxico. La DL50 oral debe presentar valores superiores a 5000 mg kg-1, y la DL50 dérmica debe tener valores sobre los 20000 mg kg-1.
CAPITULO XII ACCION CONJUNTA Y SINERGISMO Existen dos argumentos principales que estimulan el uso de mezclas de insecticidas.
La baja probabilidad de que un organismo de una población no expuesta anteriormente a insecticidas, tenga genes de resistencia para dos o más insecticidas que poseen diferentes modos de acción y diferentes rutas de degradación o dextoxificación. Este argumento tiene como uno de sus fundamentos la terapia en humanos contra la tuberculosis.
La experiencia ha demostrado que el uso de una sola droga no controla adecuadamente la enfermedad. El isoniacid es adecuado para el tratamiento en infecciones iniciales, es decir, cuando hay pocos bacilos, sin embargo con grandes cantidades de éstos, la probabilidad de tener bacilos resistentes se incrementa, por esta razón se recomienda el uso de combinaciones de drogas. La frecuencia natural de bacilos resistentes a isoniacid es de 1:1 millón. La forma de acción de ambas drogas es diferente por lo que la probabilidad de que una persona enferma de tuberculosis tenga bacilos resistentes a las dos drogas (asumiendo acción independiente) es de 1:100,000 millones. A pesar de que el número de bacilos en una persona enferma varía considerablemente, sólo en casos excepcionales se estima que excede a 100,000 millones.
Existe la probabilidad de efectos interactivos entre los componentes de la mezcla, uno de ellos aumentando la toxicidad del otro. Esto es conocido como sinergismo y se da cuando la toxicidad de una mezcla es mayor que la suma de la toxicidad de los componentes considerados en forma separada, siempre y cuando uno de los componentes de la mezcla no tenga acción tóxica. Si los dos componentes de la mezcla son insecticidas y la toxicidad es significativamente mayor, entonces se
considera que hay potenciación en la mezcla. Por otro lado, cuando la actividad obtenida es menor a la esperada, entonces s habla de antagonismo.
CONSIDERACIONES SOBRE EL USO DE MEZCLAS Las mezclas de insecticidas deben hacerse cuando los componentes reúnan los siguientes requisitos:
Diferentes modos de acción. Cuando dos insecticidas tienen el mismo modo de acción y se usan en mezclas, la resistencia se crea más fácilmente por insensibilidad en el sitio de acción.
Diferentes rutas metabólicas, es decir que tengan diferentes mecanismos metabólicos de resistencia.
Igual proporción de intemperización. Deben tener la misma proporción de degradación en el medio ambiente.
Que no exista antagonismo entre los componentes, o sea que las enzimas que activen un componente no degraden al otro.
Que exista seguridad de efectos interactivos entre los componentes de la mezcla, uno de ellos aumentando la toxicidad del otro.
Nunca deben emplearse las mezclas de insecticidas contra una sola especie de insecto o ácaro.
Que no exista incompatibilidad entre las formulaciones de insecticidas , de manera que al mezclarse en un tanque, no se nulifiquen el uno al otro; se debe consultar la tabla de compatibilidad de productos agroquímicos.
En el caso de que se justifique el uso de mezclas, es preferible hacerlas a nivel de pista o de campo, ya que al comprarlas formuladas, se está colaborando para que aumente la anarquía en el uso de insecticidas; por ejemplo, en México el Fostion es una mezcla de paratión metílico y mevinfós, mientras que en EUA, el Fostion es el protoato; para quienes desconocen que dicha mezcla tiene dos nombres, se crea confusión en su uso.
La información reportada sobre la potenciación entre insecticidas debe de tomarse con mucha precaución, una de las mezclas que presenta potenciación, es la de toxafenoDDT en la proporción 1:1 para combatir H. zea, y en la proporción 2:1 para H. virescens. Se ha visto que el efecto es debido a que el toxafeno facilita la penetración del DDT a través de las membranas, ya que si se inyecta, no tiene efecto de potenciación.
ACCION CONJUNTA Al hacer una mezcla se pueden presentar tres tipos de acción conjunta.
Acción conjunta independiente Los tóxicos actúan por separado y en forma independiente, y la susceptibilidad a ellos puede o no estar correlacionada. La toxicidad de la mezcla puede predecirse a partir de las curvas dosis-mortalidad de los insecticidas probados por separado, y con la correlación de la susceptibilidad a cada tóxico (Carrillo, 1984).
Este tipo de acción conjunta puede presentar tres diferentes situaciones: a)
Si la correlación es positiva, la mortalidad total será de 50%, porque los dos tóxicos matan a la misma población.
b)
Si no existe correlación, la mortalidad será de 75%, porque el 50% que sobrevive a un insecticida, es reducido en 50% por el otro insecticida.
c)
Correlación negativa, donde la mortalidad total es de 100%, porque cada tóxico mata a un 50% diferente de la población.
El cálculo de la mortalidad producida por la mezcla considerando acción conjunta independiente, se obtiene con la siguiente fórmula. K = 1 – (1 – K1) (1 – K2)
Donde: K = Mortalidad esperada K1 = Proporción que mata el insecticida 1 K2 = Proporción que mata el insecticida 2 Ejemplo: Se quiere saber cual es la mortalidad esperada si se mezclan los insecticidas A y B en las dosis indicadas. 1.- DL20 A + DL50 B K = 1 – (1 – K1) (1 – K2) K = 1 – (1 – 0.2) (1 – 0.5) K = 1 – 0.4 = 0.6 K = 60% 2.- DL50 A + DL70 B K = 1 – (1 – K1) (1 – K2) K = 1 – (1 – 0.9) (1 – 0.57 K = 1 – 0.03 = 0.97 K = 97% 3.- DL95 A + DL20 B K = 1 – (1 – 0.95) (1 – 0.2) K = 1 – 0.04 = 0.96 K = 96%
Acción conjunta similar Cuando los tóxicos presentan acción conjunta similar, actúan en el mismo sitio fisiológico, pero sus efectos son independientes, de manera que un componente puede ser sustituido por el otro en una proporción constante, sin alterar la toxicidad de la combinación. La toxicidad de la mezcla es predecible directamente de la toxicidad de sus componentes si sus proporciones son conocidas (Carrillo, 1984). Este tipo de acción conjunta se puede presentar en insecticidas del mismo grupo toxicológico, o que producen la misma lesión bioquímica en el insecto.
1 ppm A =
A
B
25%
25%
Población sobreviviente 50%
2 ppm B
0.5 ppm A = DL25 A 1.0 ppm B = DL25 B, entonces: DL25 A + DL25 B = DL50
Sinergismo y antagonismo Se dice que existe sinergismo, cuando la toxicidad de una mezcla es mayor de la que se esperaría considerando la suma de la actividad de los componentes. Se dice que se presenta antagonismo, cuando la toxicidad de una mezcla es menor de la que se esperaría, considerando la suma de la actividad de sus componentes. En este caso, la toxicidad de la mezcla no se puede medir a partir de toxicidad individual de los componentes, ya que depende de la interacción de sus efectos en las que un componente puede potenciar o antagonizar la actividad del otro.
Ejemplo: DL10 A + DL5 B K = 1 – (1-k1) (1-k2) K = 1 – (0.1) (1-0.05) K = 1 – (0.855) = 0.145 K = 14.5% La mortalidad esperada de la mezcla es de 14.5%, si en la práctica se obtuviera una mortalidad menor de 14.5% habría antagonismo, y si hubiera una mortalidad mayor de 14.5% habría potenciación.
METODOS PARA MEDIR SINERGISMO Y ANTAGONISMO Coeficiente de cotoxicidad Este es un método rápido para evaluar la actividad de las mezclas, pero tiene la desventaja de que sólo analiza las mezclas a nivel del 50% y no en todo el rango de toxicidad. El método consiste en realizar bioensayos con los insecticidas A y B y la mezcla de ambos, se analizan y se obtiene la DL 50 de los dos insecticidas por separado y de la mezcla, como se observa en el siguiente ejemplo: DL50 A= 12 ppm DL50 B = 83 ppm DL50 (A+ B) = 60 ppm en la proporción 1:3
Para los cálculos se toma como base el insecticida más tóxico, que en este caso es el insecticida A. a) Indice tóxico de A DL50 A
( 100) = 12 * 100 = 100
ITA =ADL50
12
b) Indice tóxico de B DL50 A * 100 = 12 * 100 = 14.4 ITB =BDL50
83
c) Indice de la mezcla DL50 A ITM = M DL50
* 100 = 12 * 100 = 20 60
d) La toxicidad esperada de la mezcla (TEM) se determina mediante la fórmula siguiente: TEM= ITA (Proporción de A en la mezcla) + ITB (Proporción de B en la mezcla) = 100 (0.25) + 14.4 (0.75) = 35.8. e) Luego se obtiene el coeficiente de cotoxicidad (CCT) ITM * 100 = 20 * 100 = 55.8 CCT = TEM
35.8
Con el valor del CCT se puede evaluar la toxicidad de la mezcla:
i)
Si el CCT es igual a 100 ± 15, se considera que la acción es similar.
ii) Si el CCT es de 115-200, se considera que hay potenciación ligera. iii) Si el CCT es mayor de 200, se considera potenciación. iv) Si el CCT es menor de 85, se considera antagonismo.
Lagunes (1982, citado por Carrillo, 1984) ha propuesto como modificación al método, el homologar los componentes mediante su transformación a equivalentes toxicológicos. En el ejemplo anterior, según la DL 50, la relación debiera ser 1:7, porque el insecticida A es siete veces más tóxico que el insecticida B, de esta manera a nivel de las mortalidades medias, los dos insecticidas tendrían la misma probabilidad de matar a la población de insectos.
Método gráfico de Wadley El método gráfico de Wadley (1967) permite conocer el efecto de la mezcla en todo el rango de mortalidades, de manera que es posible observar potenciación en un extremo de la línea y antagonismo en el otro extremo, a diferencia del coeficiente de cotoxicidad que muestra el efecto de la mezcla únicamente en el 50% de mortalidad. Como primer paso, se deben efectuar bioensayos con insecticidas solos y con las mezclas de ellos (usando equivalentes toxicológicos), para determinar las líneas de respuesta dosis-mortalidad. Para ilustrar esta metodología, se utilizará como ejemplo la mezcla de paratión metílico con DDT: La mortalidad observada en la mezcla de paratión metílico y DDT se ajusta por medio de la ecuación de regresión, con lo que se obtiene la mortalidad corregida. La dosis de la mezcla está expresada en equivalentes tóxicos; debe transformarse a mg g -1 larva para compararla más fácilmente con las dosis del insecticida más toxico, en este caso el paratión metílico; esta transformación se logra multiplicando el respectivo valor del equivalente toxicológico (ET) por la DL 50 de cada insecticida.
Cuadro 26. Resultados de la aplicación tópica de paratión metílico en larvas de Spodoptera frugiperda J. E. Smith.
Dosis
(μg g-1 de larva)
0.175 0.25 1.0 2.5 5.0 10.0 17.5 25.0 50.0
Mortalidad* (%) 0.2 4.0 10.0 42.0 68.0 90.0 92.0 95.0 99.8
* Obtenida de cinco repeticiones (50 larvas de 40 ± 10 mg); DL50 = 3.0 μg g-1 larva.
Cuadro 27. Resultados de la aplicación tópica de DDT en larvas de Spodoptera frugiperda J. E. Smith.
Dosis
(μg g-1 de larva)
10.0 25.0 100.0 250.0 1000.0
Mortalidad* (%) 2.0 6.0 40.0 54.0 88.0
2500.0 (50 larvas de 40 ± 10 mg); DL 50 = 187.5 μg g-196.0 * Obtenida de cinco repeticiones larva. La mortalidad corregida se obtiene sustituyendo los valores de dosis equivalentes tóxicos en la ecuación de regresión de la mezcla: Y= a + bX. Cuadro 28. Resultados de la aplicación tópica de la mezcla paratión metílico + DDT en larvas de Spodoptera frugiperda J.E. Smith.
Dosis (ET)* 0.1 0.2 0.4
Mortalidad (%)** 2.0 4.0 24.0
0.7 1.0 4.0 Equivalentes toxicológicos. ** Obtenida de cinco repeticiones (50 larvas de 40 ± 10 mg); DL50 = 0.49 ET.
76.0 96.0 99.8
Cuadro 29. DL50, DL95 y ecuaciones de regresión de paratión metílico y DDT, y de la mezcla de ellos.
Insecticida P. metílico DDT Mezcla
DL50 (A) 3.0 µg g-1 (B) 187.5 µg g(M) 0.49 ET
DL95 20 µg g -1 2020 µg g 1.17 ET
Ecuación de regresión Y = 8.82 + 2.0X Y = 5.20 + 1.59X Y = 6.34 + 4.39X
-
Cuadro 30. Dosis de la mezcla en ET, dosis en µg g -1 larva, de cada insecticida en la mezcla, mortalidad obtenida y mortalidad corregida.
Dosis 0.1 0.2 0.4 0.7 1.0 4.0
Dosis µg gET (3 + 187.5) DL50 A + DL50 B 0.3 + 18.75 0.6 + 37.5 1.2 + 75.0 2.1 + 131.25 3.0 + 187.5 12.0 + 750.0
Mortalidad (%) Obtenida
Corregida
2.0 4.0 24.0 76.0 96.0 99.8
0.1 4.2 34.0 75.0 90.9 99.9
Ejemplo: Para un valor de dosis de 0.7 ET Y = 6.34 + 4.39 (log 0.7) Y = 6.34 + 4.390 (-0.1549) = 5.66 En la tabla de valores Probit, un valor de 5.66 corresponde a una mortalidad de 75.0%. Se trazan las líneas dosis-mortalidad en papel log-Probit, para cada uno de los dos insecticidas, así como la línea de respuesta para la mezcla, obtenida según los valores de la mortalidad corregida; los valores de dosis se expresan en µg g -1 de larva del insecticida más tóxico, en este caso el paratión metílico. A continuación se obtiene el radio tóxico (RT), el equivalente de la mezcla (EM) y el equivalente toxicológico calculado (ETC); parámetros de los que es posible obtener la línea de respuesta esperada:
DL50A + DL RT =
DL50 B
95
A
DL95 B 2
3 RT =
+
187.5
20 2020 = 0.01295
2 El equivalente de la mezcla se obtiene del siguiente modo: EM = DL50B + 187.5 = 62.5 DL50 A
3
De acuerdo con la anterior ecuación: DL * B = DL * A (EM) El equivalente toxicológico calculado (ETC) se obtiene de la siguiente ecuación: ETC = DL * A + DL * B (RT) Como DL * B = DL * A (EM), se sustituye en la ecuación anterior. ETC = DL * A = DL * A (EM) (RT) El cálculo de la mortalidad esperada, se efectúa mediante la ecuación de regresión del insecticida más tóxico (p. metílico), empleando como logaritmo de la dosis (X) los valores de los equivalentes toxicológicos calculados (ETC).
Como los valores de los equivalentes tóxicos están dados en µg g-1, es necesario transformarlos en porcentajes, dado que los valores de la ecuación de regresión están también en porcentaje; esta transformación se logra multiplicando el valor del equivalente toxicológico calculado (ETC) en µg g-1 que se desea transformar, por el valor dado en porcentaje de la DL50 del mismo insecticida, dada en µg g-1. Ejemplo: Para un ETC de 1.0856 mg g -1 DL50 de p. metílico = 0.012% = 3 mg g -1 ETC (%) = (1.0856) (0.012%) = 0.0043% 3 mg g-1 Para trazar la línea de respuesta esperada, se utilizan los valores de las dosis del insecticida A (paratión metílico) y los porcentajes de mortalidad esperada que se obtengan mediante la ecuación de regresión. En el Cuadro 31, se presentan los valores, en µg g -1 y porcentajes, de los equivalentes toxicológicos calculados, los porcentajes de mortalidad esperada y la mortalidad observada. Cuadro 31. Valores de equivalentes toxicológicos (calculados en µg g-1 y en %) en la mezcla de p. metílico-DDT, porcentajes de mortalidad esperada y observada.
ETC
DL A + (DL A)
(EM)
(RT)=
0.3 + (0.3) 0.6 + (0.6) 1.2 + (1.2) 2.1 + (2.1) 3.0 + (3.0) 5.0 + (5.0)
(62.5) (62.5) (62.5) (62.5) (62.5) (62.5)
(0.01295) (0.01295) (0.01295) (0.01295) (0.01295) (0.01295)
0.5428 1.0856 2.1712 3.7997 5.4281 9.0468
0.0021 0.0043 0.0087 0.015 0.021 0.036
12.0 + (12.0)
(62.5)
(0.01295)
21.7125
0.086
µg g-1
%
Mortalidad Esperada Observada 6.2 0.1 18.0 4.2 38.0 34.0 57.0 75.0 6.0 90.9 82.0 98.7 95.4
99.9
Diferencia entre la mortalidad observada y la esperada, representada en equivalentes toxicológicos. A simple vista, de acuerdo con el Cuadro 31, se observa que en la mezcla existe antagonismo en un extremo de la línea de respuesta y potenciación en el otro extremo, ya que cuando se espera 6.2% de mortalidad, se observa 0.1%; cuando se espera 18%, se observa 4.2%; cuando se espera 38%, se obtiene 34%; cuando se espera 57%, se obtiene 75%; cuando se espera 69%, se observa 90.9%, y cuando se espera 95.4% de mortalidad, se obtiene 99.9%. Para definir cuál es en realidad el tipo de respuesta, se emplea la comparación de los límites fiduciales de las líneas dosis-mortalidad para acción conjunta esperada y acción conjunta observada. Si al nivel de las DL 50 los límites fiduciales se traslapan, se considera que no existe diferencia en las respuestas. En este caso, en la mezcla de paratión metílico + DDT, los límites fiduciales se traslapan, por lo que se considera que el efecto observado es de acción similar. El cálculo de los límites fiduciales para las líneas dosis-mortalidad esperada y dosismortalidad observada, se realiza en base a los resultados del insecticida más tóxico y a los de la mezcla, respectivamente. Ejemplo: La DL50 para paratión metílico, fue de 3 mg g -1 y sus límites fiduciales al 95% fueron 2.5-3.75 mg g-1. Estos límites corresponden a 83.33% y a 125.0%, con respecto a la DL50 tomada como 100%. Se calcula la DL 50 de la línea de respuesta esperada, en base a los porcentajes mencionados, se calculan los límites inferior y superior. La DL 50 de la línea esperada, es de 1.7 mg g-1; el 84.33% de este valor es 1.41 mg g -1 (límite inferior) y el 125% es 2.1 mg g-1 (límite superior).
Para la mezcla, se sigue el mismo procedimiento, ejemplo: la DL 50 para la mezcla fue de 0.49 ET y los límites fiduciales al 95% fueron de 0.26-0.86 ET. Estos límites corresponden al 53% y al 75.5% con respecto a la DL 50 tomada como 100%. La DL 50 de la línea de respuesta observada es de 1.5 mg g -1; el 53% de este valor es 0.79 mg g -1 (límite inferior) y el 75.5%, es 2.6 mg g -1 (límite superior). Una vez obtenidos los límites fiduciales de ambas líneas, se trazan en la gráfica correspondiente y se observa el traslape logrado.
VENTAJAS DELUSO DE SINERGISTAS
Uso de menor cantidad de insecticidas.
Aumentan la toxicidad de compuestos que ya no son efectivos.
Controlan, hasta cierto grado, razas resistentes a un insecticida.
Son muy útiles en investigación, sobre todo en aspectos de identificación de mecanismos de resistencia.
MODO DE ACCION DE LOS SINERGISTAS Los sinergistas pueden ser de dos tipos:
Con estructura similar a los tóxicos, pero sin serlo; compiten por los sitios de destoxificación en el organismo.
Con estructura diferente a los tóxicos; inhiben alguna enzima, dejando actuar libremente a los tóxicos para que produzcan los efectos deseados en los insectos tratados.
Los sinergistas pueden ser inhibidores de FOM, de DDTasas, de esterasas o misceláneos (Wilkinson, 1973). Los inhibidores de FOM al entrar al organismo son preferidos por las oxidasas, dejan libres a los insecticidas para que actúen, disminuyendo así la concentración de oxidasas
activas contra los insecticidas. Dichos compuestos pueden presentar en su estructura un grupo metileno dioxifenil o metileno dioxinaftaleno. Grupo metileno dioxifenil
Grupo metileno dioxinaftaleno
Este tipo de sinergistas no pueden ser aplicados en el campo porque son fácilmente descompuestos por la luz solar. En 1940 se descubrió que el aceite de ajonjolí sinergizaba a las piretrinas, posteriormente se encontró que el ingrediente activo causante de este sinergismo era el sesamín. El butóxido de piperonilo es el más común de los sinergistas de FOM aunque también existe el safrole y el miristicín.
Otros productos sinergistas de FOM son el valone y el MGK-264. La acción sinergista o antagonista de los inhibidores de FOM, se ilustra con el ejemplo que se ilustra a continuación. Si los radicales alquil fueran grupos metil, la enzima glutatión transferasa actuaría y produciría también compuestos más polares. Lo que hacen los sinergistas, es actuar sobre las enzimas oxidasas de función múltiple (FOM), por lo cual n se lleva a cabo la degradación del insecticida. Normalmente con insecticidas organofosforados, no se usan sinergistas de FOM, principalmente porque éstos inhiben a las enzimas que oxidan a los insecticidas, por tanto la transformación de P= S a P = O, indispensable para que la molécula sea más tóxica, no se realiza. En el caso de que se aplique un OF con enlace P= O con un sinergista, se produce la degradación del insecticida.
Como la activación o degradación pueden ocurrir simultáneamente debido al resultado de la aplicación de un sinergista, la actividad biológica observada del compuesto, es el efecto resultante de las dos rutas metabólicas que están compitiendo. En el caso de insecticidas carbamatos, se puede presentar sinergismo por inhibición de el complejo de enzimas oxidasas FOM. El sinergismo ser observa tanto en insectos resistentes como en susceptibles, aunque en estos últimos el efecto puede ser casi imperceptible. En poblaciones resistentes, la aplicación de un sinergista puede hacer que la DL 50 baje, pero nunca al nivel de la DL 50 de la población susceptible, debido a la participación de otros mecanismos involucrados en la resistencia de cada colonia de insectos. En el caso de una colonia susceptible, si se usa un sinergista la DL 50 no baja hasta su nivel srcinal; si una población tiene determinada DL
50
y no se sabe si es resistente o
susceptible, se pueden usar sinergistas para caracterizar dicha población. En el caso de insecticidas ciclodienos, algunos de ellos requieren ser activados por FOM (epoxidación), por lo tanto, los sinergistas que inhiben FOM son antagonistas de estos insecticidas; entre estos compuestos se tiene al aldrín, isodrín y heptacloro. Debido a su capacidad de inhibir FOM, se hicieron intentos de incorporar un sinergista a la molécula de un insecticida, ya que se deseaba producir moléculas que se sinergizaran a si mismas. A estos productos se les llamó compuestos sinergofóricos. Sin embargo, no se les encontró mayor toxicidad que los insecticidas solos, debido a que la molécula puede ser oxidada por el lado del sinergista, transformándolo en un compuesto hidrofílico que puede ser fácilmente excretado por el insecto. El DDT puede ser metabolizado por desclorhidrasas (DDTasa). El WARFantirresistencia y el DMC inhiben a la DDTasa.
En organofosforados el DEF es un sinergista de esterasas que en concentraciones bajas tiene efecto defoliante. Se ha observado que el DEF es más activo sinergizando OF dimetiles y actúa menos sobre OF dietiles, esto indica que también presenta efecto sobre la enzima glutatión transferasa (GSH). Para determinar si el principal mecanismo de resistencia es por esterasas, se determina la DL50 tanto con el insecticida solo como con el sinergista DEF. Por ejemplo: Cuadro 32. Resultados de un bioensayo teórico con la aplicación de un organofosforado solo y mezclado con el sinergista DEF.
Población SS RR
OF solo DL50 (ppm) 20 2000
Proporción 100 X
OF + DEF DL50 (ppm) 20 60
Proporción 3X
El sinergista logró disminuir la proporción de resistencia de 100X a 3X, lo que significa que 97% de la resistencia se debe a esterasas y 3% a otros mecanismos. Para inhibir la GSH se usan como sinergistas el dietil maleato y el ftallato. La GSH también puede actuar en radicales etiles, pero su ataque es demasiado lento, por lo que no tiene importancia en este tipo de compuestos.
ALGUNAS INTERACCIONES ENTRE INSECTICIDAS Inducción
La inducción incrementa la concentración o actividad enzimática. Es un proceso generalmente lento que a menudo requiere aplicaciones repetidas del inductor. La
aplicación del inductor produce un incremento de la enzima; si esta enzima es destoxificadora se produce antagonismo con el insecticida. Si la enzima produce activación, entonces se presenta sinergismo con el insecticida, por ejemplo, la aplicación de DDT incrementa la actividad del aldrín, porque induce a una enzima activadora.
Debido a que el DDT induce una mayor actividad o concentración de enzimas oxidativas, se incrementa la velocidad de degradación de barbitúricos. Se conocen muchos compuestos con propiedades inductivas: DDT, aldrín, dieldrín, fenobarbital, trifenilfosfato, naftaleno, análogos de la hormona juvenil, etc. Para que se produzcan los efectos deseados se requieren altas dosis de inductores. En este caso, las enzimas inducidas no deben confundirse con resistencia porque el carácter no es transmitido genéticamente a la descendencia.
Inhibición Los inhibidores disminuyen la concentración de la enzima; sólo una aplicación basta para que se lleve a cabo la inhibición. Si la enzima que se inhibe es destoxificadora se produce sinergismo con el insecticida; en cambio, si la enzima que se inhibe es activadora, entonces se produce antagonismo. Los inhibidores presentan las siguientes características:
Penetran bien.
Resisten la degradación o destoxificación.
Tiene efectos inhibitorios intrínsecos.
Disminuyen la concentración o la actividad
CAPITULO XIII ANÁLISIS TOXICOLÓGICO DE AREAS AGRÍCOLAS El consumo de insecticidas en una región agrícola depende en gran parte de la información disponible sobre:
Fluctuación de poblaciones de insectos
Fenología del cultivo
Problemas de resistencia a insecticida
Productos disponibles y costos
Recomendaciones oficiales y particulares
Método alternativo al uso de insecticidas
Dentro de este contexto, es posible proponer un método que integre la información sobre el combate químico en una región agrícola, de tal suerte que tengamos en un todo, los datos sobre los insecticidas que se emplearon, cuando se emplearon, volúmenes aplicados, área tratada y principales insectos plaga combatidos. Con base en esta información, es posible estimar con qué producto o productos es más conveniente iniciar la siguiente temporada y cuales no deben emplearse por algún tiempo. A este proceso de integración de información se le ha llamado análisis toxicológico. A continuación se explica su metodología.
Obtención de los datos de consumo de insecticidas en una región agrícola. Para este fin es necesario consultar a la Delegación de Sanidad Vegetal, del Banrural o de la Asociación Local de Agricultores para recabar los datos sobre aplicaciones de
insecticidas realizadas en el ciclo agrícola, así como sobre la fluctuación de los principales insectos plaga. Se considera que como mínimo se debe obtener lo correspondiente al 15% del total de la superficie sembrada con el cultivo que se desea estudiar.
Llenado de la forma A. Esta forma contiene en la parte superior espacios para
anotar la localidad, el total de ha, el período y el cultivo a que corresponde la información obtenida. La parte inferior consta de 10 columnas (A, B, C, ..., J) que se desglosan a continuación: Columna A. Se refiere al nombre comercial de los productos utilizados, los cuales se anotarán con letras mayúsculas. Columna B. En esta columna se escribe con minúscula el nombre común del insecticida correspondiente. Para lograr lo anterior se debe consultar la etiqueta del plaguicida, o bien se puede buscar a Thomson (1976), Larson et al. (1985), Worthing (1979), Rodríguez (1982), o los manuales de plaguicidas de la Dirección General de Sanidad Vegetal. Columna C. Se anotará la clave del grupo toxicológico correspondiente, de acuerdo con la clasificación propuesta a continuación (Lagunes, 1983; Rodríguez, 1982).
GRUPOS TOXICOLOGICOS DE LOS INSECTICIDAS Y ACARICIDAS 1.
OC-DDT Grupo del DDT.- dicofol, metoxicloro.
2.
OC-Be Grupo del Benceno.- BHC, lindano.
3.
OC-Ci Grupo de los cilodienos.- endrín, endosulfán.
4.
FA-OM Grupo de los organosforados alifáticos con enlace P=O, con grupos monometil o dimetil.- acefato, monocrotofós.
5.
FA-OE Grupo de los organosforados alifáticos con enlace P=O, con grupos monoetil, dietil. Monopropil o dipropil.- tepp.
6.
FA-SM Grupo de los organofosforados alifáticos con enlace P=S, con grupos monometil o dimetil.- dimetoato.
7.
FA-SE Grupo de los organofosforados alifáticos con enlace P=S, con grupos monoetil, dietil, monopropil o dipropil.- forato,disulfotón.
8.
FC-OM Grupo de los organofosforados cíclicos con enlace P=O, con grupos
9.
monometil o dimetil.- stirofós, crotoxifós. FC-OE Grupo de los organofosforados cíclicos con enlace P=O, con grupos monoetil, dietil, monopropil o dipropil.- profenofós, clorfenvinfós.
10. FC-SM Grupo de los organofosforados cíclicos con enlace P=S, con grupos monometil o dimetil.- fenitrotión, paratión metílico. 11. FC-SE Grupo de los organofosforados cíclicos con enlace P=S, monoetil, dietil, monopropil o dipropil.- EPN, paratión etílico. 12. FH-OM Grupo de los organofosforados heterocíclicos con enlace P=O, con dos grupos metil.- fospirato, azametifós. 13. FH-OE Grupo de los organofosforados heterocíclicos con enlace P=O, con grupos monoetil, dietil, monopropil o dipropil.- fosafolán, mefosfolán. 14. FH-SM Grupo de los organofosforados heterocíclicos con enlace P=S, con grupos monometil o dimetil.- azinfós metílico, metidatión. 15. FH-SE Grupo de los organofosforados heterocíclicos con enlace P=S, con grupos monoetil, dietil, monopropil o dipropil.- diazinón, clorpirifós. 16. F-Cx Grupo de los organofosforados con uno o dos carboxietil.- malatión, fentoato. 17. CA-MM Grupo de los carbamatos alifáticos monometil.- aldicarb. 18. CC-MM Grupo de los carbamatos cíclicos monometil.- metiocarb, carbaril. 19. CH-MM Grupo de los carbamatos heterocíclicos monometil.- carborfurán, dioxacarb. 20. C-DM Grupo de los carbamatos dimetílicos.- pirimicarb, dimetilán. 21. C-MISC Grupo de los carbamatos misceláneos.- tiodicarb, fenoxicarb. 22. PIRT Grupo de los piretroides.- permetrina, deltametrina, fenvalerato. 23. I-BOT Grupo de los insecticidas botánicos.- rotenona, nicotina.
24. OA-Ci Grupo de los organoazufrados cíclicos.- ovex, propargite. 25. OA-He Grupo de los organoazufrados hetercíclicos.- oxitioquinox, tioquinox. 26. OEST Grupo de los organoestanosos.- cyhexatín. 27. FORM Grupo de las formamidinas. Clordimeformo, amitraz. 28. TIOC Grupo de los tiocianatos.- LethaneR, isobornil tiocinoacetato. 29. DNF Grupo de los dinitrofenoles.- dinoseb, dinocap. 30. MICR Grupo de los biológicos o microbiales.- Bacillus thuringiensis, BiotrolR, avermectina, AvidR. 31. REGC Grupo de los reguladores del crecimiento.- ciromazina, diflubenzurón, metopreno. 32. FUM Grupo de los fumigantes.- bromuro de metilo, fosfuro de aluminio. 33. INOR Grupo de los inorgánicos.- arseniato de calcio. 34. AMIN Grupo de los aceites minerales.- citrolina. 35. I-MISC Grupo de los insecticidas misceláneos.- clorfentezina, tiociclam. Columna D. Aquí se anotan los litros o kilogramos del producto correspondiente, que se emplearon en el período considerado (puede ser anual, mensual os emanal; este último, es el período más conveniente para la elaboración de gráficas). Columna E. En esta columna se anotan los gramos de ingredientes activo por litro o kilogramo del producto comercial, esta información se puede obtener de las etiquetas comerciales. Columna F. Se emplea la siguiente fórmula para calcular los kg de ingrediente activo (i.a.) totales. F = DE
= (1 ó kg de producto) (g de i.a.) = kg de i.a. total
1000 Ejemplo: Se emplearon 8400 litros de paratión etílico 50.
F= (8400) (537 g de i.a./1) = 4/510,800 g/100 = 4,510.8 kg 1000 Columna G. En esta columna se anota la dosis que regionalmente se recomienda por las instituciones oficiales o particulares. Columna H. Las dosis de la columna G, se transforman en kg de i.a. por ha, empleando la fórmula: H = GE 1000
Ejemplo: la dosis por ha de paratión etílico en un cultivo, es de 1.75 lt. H = (1.75 l/ha) (537 g de i.a./1) = 939.75 g de i.a./ha 1000
1000
H= 0.939 kg de i.a./ha. Columna I. En esta columna se anotan las unidades de selección o hectáreas tratada, las cuales se calculan de la forma siguiente: I = F = kg de i.a. totales H
kg de i.a./ha
Ejemplo. Con paratión etílico 50. I = 4,510.8 kg i.a. = 4,803.83 unidades de selección. 0.939 kg i.a./ha
Esta información indica que con el total de paratión etílico empleado se podrían haber tratado 4,803.83 hectáreas. Columna J. En esta columna se nota el valor de la presión de selección absoluta (PSA), ejercida por el producto durante el periodo considerado. Ecuación de cálculo: PSA = J = I (100) = Unidades de selección K
total de hectáreas
Usando como ejemplo el paratión etílico tenemos que: PSA = 4,803 (100) = 96.07 5,000 La PSA indica el número de veces que se aplicó determinado producto sobre el total de hectáreas bajo estudio, en el período considerado. Cuando se trata de mezclas de insecticidas, es necesario obtener la PSA de cada componente. En la forma A incluida a continuación, se presenta el ejemplo del COTIP 500 CE; En la columna A se escribe el nombre comercial; en la columna B se colocan los nombres de loscomponentes (profenofós y clordimeform), usando tantas hielras como insecticidas haya en la mezcla. En la columna C se anotan las claves de los grupos toxicológicos respectivos.
En la columna D se anota el total de litros en la mezcla. En la columna E se anotan los g de i.a. del componente respectivo (esta información se obtiene de la etiqueta del producto). Las siguientes columnas se llenan de acuerdo a lo indicado con anterioridad para productos formulados independientemente.
ANÁLISIS TOXICOLOGICO FORMA A Localidad
Periodo
K = total de hectáreas
Cultivo
A
B
C
D
E
D (E) = F
G
1000 Nombre comercial
Nombre común
Grupo toxicológico
Lt o kg totales
g. i.a. por lt o Kg de i.a. total kg de producto
G(E) = H
F=I
1000
H
Dosis /ha (lt oDosis kg i.a./ha kg)
I(100) = J K
Unidades de
P.S.A. por
selección
producto
Es importante señalar que en la columna G se anota la dosis (kg ó l) que se emplearía si el componente de la mezcla se empleara solo. Una vez realizados los cálculos de la forma A se procede a concentrar la información en la forma B, la cual contiene tres columnas que se llenan como se indica a continuación:
Columna L.- En esta columna se anotan, sin repetir, las claves de los grupos toxicológicos indicados en la forma A.
Columna M.- En esta columna se escribe la suma de las PSA que corresponden al grupo toxicológico indicado. Por ejemplo en la forma A aparece dos insecticidas del grupo FA-OM que son el ORTHENE (acefato) y el MONOSANO-600 (monocrotofós) con PSA de 5 y 3.6 respectivamente. La suma es igual a 8.6, cantidad que se anota en la forma B. En este ejemplo la suma total de las PSA es 467.7, lo cual indica que si los insecticidas fueran empleados a las dosis recomendadas, se pudieran haber hecho 4.6 aplicaciones en las 5,000 hectáreas de algodonero, durante el período considerado.
Columna N.- Para estimar la participación relativa de cada grupo toxicológico en el combate químico, el total de la suma de las PSA se iguala a 100 y se calcula –por regla de tres- la presión de selección relativa (PSR). Por ejemplo: PSR del grupo FA-OM = PSA del grupo FA-OM (100) = 8.6 (100)
PSA PSR = 1.8%
467.7
FORMA B Localidad: Matamoros, Tamaulipas.
Período: 10 sept – 9 oct, 1983
K= Total de hectáreas: 5,000
Cultivo: Algodonero
Grupo toxicológico FA-OM FC-SM FH-SM FC-SE F-Cx CC-MM FC-OE FORM Total
Presión de selección absoluta por grupo toxicológico (PSA) 8.6 274.4 3.2 96.0 17.1 14.4 24.0 30.0 467.7
Presión de selección relativa por grupo toxicológico (PSR) 1.8 58.6 0.7 20.5 3.6 3.0 5.1 6.4 99.7
USO DE INSECTICIDAS La fluctuación del uso de insecticidas durante la temporada, se determina uniendo los valores de las PSA de cada grupo toxicológico en una gráfica donde el eje vertical (ordenadas) está ocupado por la PSA, y el eje horizontal (abscisas) por el tiempo, en el cual los puntos estarán colocados semanal, quincenal o mensualmente, de acuerdo con el lapso que corresponda a la captura de información. Se sugiere que el número de curvas de grupos toxicológicos diferentes en cada gráfica, no deberá ser mayor de tres, para evitar confusión en la interpretación. En las siguientes figuras se muestran ejemplos de la fluctuación del uso de insecticidas en el cultivo del cacaotero en la región de Teapa, Tabasco (Sánchez, 1992). Es posible observar las líneas que indican los ciclos biológicos de las poblaciones de insectos, en relación a su presencia abundante en el cultivo, o cuando alcanzaron el nivel de plagas. Un buen ejemplo de un análisis de la evolución de las recomendaciones de insecticidas en el cultivo del algodonero, se puede consultar en Pacheco y Byerly (1991).
Si pudiera contarse con un laboratorio que determinara regionalmente las DL 50, en los insectos más importantes, con insecticidas representativos de los grupos toxicológicos empleados, estos valores de las DL 50 (o el factor de resistencia con respecto a una colonia susceptible), podrían también incluirse en la gráfica y de esta manera se sabría: a) qué grupos toxicológicos se emplearon más; b) contra cuales plagas se dirigió el combate químico, y c) la evolución relativa de la resistencia a cada grupo toxicológico.
Es indudable que la información anterior permitirá planear adecuadamente el manejo de los insecticidas en campañas regionales.
Plagas de relevancia, así como fluctuación y valores de la PSA de los grupos toxicológicos FA-OM, FC-SM y CC-MM, utilizados en el cultivo de cacao, durante el ciclo agrícola 1989/90, en Cunduacán, Tabasco (Sánchez, 1992).
Fluctuación de la presión de selección absoluta, ejercida por los grupos toxicológicos OOC-Be, FA-OM y FC-SM, usados en el cultivo de cacao durante los ciclos agrícolas 1976/77-1988/89, en el Plan Chontalpa, Tabasco (Sánchez, 1992).
CAPITULO XIV ETIQUETOTECA DE INSECTICIDAS En México, las publicaciones sobre insecticidas agrícolas son escasas, a pesar de que en buena parte, las medidas de protección contra insectos plaga dependen del control químico. El problema se agrava aún más, por el hecho de que la información disponible está dispersa; sin embargo, existe literatura que previa sistematización, puede ser de gran utilidad práctica, por ejemplo las etiquetas de los insecticidas. Una etiqueta está constituida por información relacionada con el(los) producto(s) que respalda(n) (por ejemplo el contenido, uso, precauciones, etc.) y que ordenadas de la manera que aquí se describe, permiten tener de manera organizada una gran cantidad de información, referente a los compuestos insecticidas que se utilizan en una determinada región agrícola. Se propone una metodología para formar un banco de información basado en las etiquetas de los insecticidas que tenga utilización en la actividad diaria de las personas involucradas en la protección vegetal. Este banco de información se ha llamado etiquetoteca. Consiste en la organización de las etiquetas de insecticidas, de acuerdo a grupos toxicológicos. Para diseñar una etiquetoteca, es necesario contar con las etiquetas de insecticidas disponibles en la región agrícola de que se trate, e irla enriqueciendo constantemente a medida que aparezcan nuevos productos en el mercado o bien que los ya existentes se formulen con otro nombre comercial. Esta actividad, aparte de su relevancia práctica, puede ser un pasatiempo, ya que constituye una actividad tan recreativa como la de coleccionar timbres, monedas o insectos. Se puede incluso plantear la idea, del intercambio de etiquetas o bien de etiquetotecas completas, entre técnicos de diferentes regiones agrícolas, empleándose
srcinales o fotocopias. En la actualidad, con el advenimiento de la computación, se puede implementar una base de datos en un paquete comercial, como es el DBASE R, el WorksR, o si se sabe programar, se puede elaborar uno que satisfaga las necesidades personales en lenguaje Clipper. En el Colegio de Postgraduados, se ha elaborado un programa para computadoras personales denominado ETIQUETOTECA 1.0, el cual se pone a disposición de la comunidad científica, de los técnicos encargados de control de plagas, de los estudiantes de agronomía, de productores agrícolas y de todos aquellos interesados en el combate químico racional. Aquí se explica la elaboración de una etiquetoteca con tarjetas. Los elementos mínimos para organizarla son:
Tarjetas de papel (p.e. de 7.5 x 12.5 cm).
Carpetas tamaño carta.
Etiquetas de los productos químicos.
La clasificación de insecticidas y acaricidas propuesta por Lagunes y Rodríguez en 1982.
Literatura sobre plaguicidas que trate sobre nombres comunes, nombres comerciales, estructura química. Entre otros se sugiere consultar a: Thomson (1976), Larson, Kenaga y Morgan (1985) y manuales o catálogos de plaguicidas publicados por la Dirección General de Sanidad Vegetal, SARH o la Comisión Intersecretarial para el Control del Proceso y Uso de Plaguicidas, Fertilizantes y Sustancias Tóxicas (CICOPLAFEST) SARH-SEDUE-SS-SECOFI.
La información que se sistematizará es la referente a: nombre común, nombre comercial, grupo toxicológico, gramos de i.a. por litro o kg de producto, así como la estructura química desarrollada.
Para los fines que se persiguen, las etiquetas se dividen en dos grandes grupos: a) las que hacen alusión a sólo un compuesto tóxico y b) las que se refieren a la mezcla de dos o más de éstos. El ordenamiento se hace de manera que el usuario puede obtener la información a través de varias entradas, que a continuación se detallan:
PRODUCTOS FORMULADOS EN FORMA INDIVIDUAL Entrada por nombre común: La información se organiza en las tarjetas en cuatro hileras, que en orden descendente contendrán el nombre común, el(los) nombre(s) comercial(es), la estructura química y el grupo toxicológico. Ejemplo: se va a usar la información contenida en la etiqueta de un producto comercial llamado SSUPRACID:
Se describe en la tarjeta con letras minúsculas el nombre común que se encuentra en la etiqueta, en este caso: metidatión.
Con letras mayúsculas se escribe el nombre comercial del metidatión que aparece en dicha etiqueta (SUPRACID). En la literatura sugerida en el punto de metodología, o en otras publicaciones disponibles se buscan otros nombres comerciales, los cuales se agregan a la tarjeta (p.e. METIDATION, ULTRACID).
Dibujar la estructura química desarrollada del metidatión.
Con base en la estructura química, localizar el grupo toxicológico y escribir su clave, en este caso FFH-SM (organofosforado heterocíclico con unión P=S, dimetil).
Identificar una carpeta con la clave FH-SM, y colocar dentro de esta carpeta, en orden progresivo, las etiquetas o fotocopias de ésta que correspondan a dicho grupo toxicológico.
En la tarjeta, adelante del nombre comercial, colocar entre paréntesis el número progresivo que corresponde a
la etiqueta considerada dentro de la respectiva
carpeta. Por ejemplo (7). De acuerdo con este ejemplo, en la carpeta del GRUPO FH-SM, la etiqueta 7 tiene por nombre comercial SUPRACID.
En la parte superior derecha de la tarjeta, se anota otra vez la clave del grupo toxicológico para comodidad de manejo del tarjetero. La siguiente tarjeta muestra la información indicada. FH-SM
Metidatión METIDATION SUPRACID (7) ULTRACID
Es conveniente hacer una tarjeta por cada nombre común de los insecticidas que se utilizan en el área, aún en el caso de que no se tenga la etiqueta. En este caso, no aparecerá ningún número delante de los nombres comerciales.
Entrada por nombre comercial: Se harán tantas tarjetas con nombre comercial como etiquetas se posean. El arreglo de la información en hilera será de la siguiente manera: 1. Nombre comercial del producto con letras mayúsculas (SUPRACID 2% POLVO).
2. Nombre común con letras minúsculas (metidatión). 3. Gramos de ingrediente activo por litro o kg de producto comercial (20 g de i.a. kg 1
).
4. Iniciales del grupo toxicológico correspondiente. FH-SM (7)
SUPRACID 2% POLVO Metidatión 20 g de i.a./kg En la parte superior derecha, se anota con letras pequeñas, las iniciales del grupo toxicológico al que pertenece el compuesto, acompañando de un número, por ejemplo: FH-SM (7). Esto indica que la etiqueta a la que se hace referencia, está en la séptima posición dentro de la carpeta que contiene a las etiquetas del grupo FH-SM.
PRODUCTOS FORMULADOS COMO MEZCLAS Entrada por nombre común: La información que contiene una tarjeta cuando se trata de etiquetas referentes a mezclas de dos o más compuestos, se organiza como sigue, de acuerdo con el ejemplo, con la etiqueta del producto llamado COTIP. 1. Se escriben los nombres comunes de cada uno de los componentes de la mezcla (clordimeform y profenofós). 2. Debajo del nombre común correspondiente, se anotan los gramos de i.a. por lt o kg de producto (167 g de i.a. l-1 y 333 g de i.a. l -1.
3. En la columna siguiente, se añaden las iniciales del grupo toxicológico al que pertenece cada componente (FORM y fc-oe). 4. En la última hilera, se anota el nombre comercial de la mezcla (COTIP 500 CE). En la parte superior derecha de la tarjeta, se escriben las iniciales de los grupos toxicológicos involucrados, acompañadas de un número que indica la posición de la mencionada etiqueta dentro de la carpeta que contiene a las etiquetas de mezclas: FCOC, FORM (5) señala que la etiqueta (5) de la carpeta de mezclas corresponde a COTIP 500 CE. Ejemplo de la información que contiene una tarjeta cuya entrada es por el nombre común del primer compuesto en la mezcla. FC-OE, FORM (5)
Clordimeform
profenofós
167 g de i.a./l
33 g de i.a./l
FORM
FC-OE
COTIP 500 CE
Nótese que la información de cada compuesto se encuentra en su respectiva columna. En este caso, se hizo una tarjeta iniciando con el clordimeform, para que el usuario pueda saber en cuántas y en qué mezclas está involucrado dicho insecticida; pero para poder obtener la misma información con el profenofós debe llenarse otra tarjeta, que
inicie con la palabra profenofós, es decir que se llenarán tantas tarjetas de entrada por nombre común, como componentes tenga la mezcla. Ejemplo de la información que contiene una tarjeta cuya entrada es por el nombre común del segundo componente de la mezcla. FC-OE, FORM (5) Profenofós
clordimeform
33 g de i.a./l
167 g de i.a./l
FC-OE
FORM
COTIP 500 CE
Entrada por nombre comercial: En el ejemplo para este caso, se sigue empleando la etiqueta de COTIP 500 CE. Los elementos de las hileras son los siguientes:
Nombre comercial de la mezcla con letras mayúsculas (COTIP 500 CE).
Nombres comunes de cada uno de los componentes de la mezcla (clordimeform, profenofós).
Gramos de i.a. por l ó kg de producto comercial (167 g de i.a. l -1, 333 g de i.a. l -1).
Grupo toxicológico de los componentes de la mezcla (FORM, FC-OE).
En la parte superior derecha, se anotan en el orden adecuado los grupos toxicológicos de la mezcla y un número que indicará el orden de la etiqueta en la carpeta de mezclas: FC-OE, FORM (5). Ejemplo de la información que contiene una tarjeta cuya entrada es por el nombre comercial de la mezcla.
FC-OE, FORM (5) COTIP 500 CE clordimeform
Profenofós
167 g de i.a./l
33 g de i.a./l
FORM
FC-OE
ORGANIZACIÓN DE LAS TARJETAS Todas las tarjetas se ordenarán alfabéticamente en un tarjetero, independientemente del tipo de entrada de la información o si se trata de una mezcla o compuestos separados. De esta manera, se podrá recurrir al tarjetero para saber el nombre común, nombre comercial estructura química, gramos de ingrediente activo por litro o kilogramo de producto comercial, así como el grupo toxicológico del plaguicida. La etiquetoteca puede servir, además de banco de información, para ordenar bodegas de insecticidas, planeación de rotación de insecticidas y como base para el análisis toxicológico de áreas agrícolas.
El programa ETIQUETOTECA 1.0, puede ser solicitado a los autores a las siguientes direcciones: Angel Lagunes Tejeda Colegio de Postgraduados Km. 36.5 carretera México-Texcoco 56230 Montecillo, México Fax 01(595)95 20267 Juan Antonio Villanueva Jiménez José Evaristo Pacheco-Velasco Campus Veracruz Colegio de Postgraduados Apartado Postal 421 91700 Veracruz, Ver. Fax 01(229)9349485 Se ruega a los futuros usuarios, citar la fuente srcinal en todo aquel escrito donde se haga mención del mismo.
CAPITULO XV MANEJO TOXICOLOGICO DE AREAS AGRÍCOLAS El manejo toxicológico de áreas agrícolas (MTAA), implica integrar racionalmente, dentro del control de plagas, el uso de plaguicidas, de manera que se puedan predecir los aumentos y disminuciones de su toxicidad, procurando mantener niveles de susceptibilidad a insecticidas que permitan su uso en el momento oportuno. En la actualidad no se puede decir que exista un MTAA, ya que únicamente se han tratado de utilizar algunos métodos de control junto con la aplicación de insecticidas, con el vano afán de llamarlo “control integrado de plagas”, sin conocimiento pleno de la efectividad
de cada uno de ellos. Si entendemos los parámetros bioquímicos, genéticos y ecológicos de la resistencia a insecticidas, podremos utilizar de manera racional el control químico, dentro de un esquema de integral para el manejo de insectos plaga.
MANEJO INTEGRADO DE PLAGAS No tiene más de una década, que la filosofía del manejo integrado de plagas (MIP) comenzó a permear en el medio agropecuario mexicano. Si bien el término MIP lleva más de tres décadas en los medios académicos y científicos, es a partir de los años 80 que encuentra eco al iniciar su aplicación parcial en algunos cultivos. Cabe mencionar que la agricultura no-empresarial de nuestro país, se rige con una dinámica propia, poco influenciable –hasta ahora- por los cambios en el modo de hacer el combate de plagas. En muchos casos, se realiza un limitado o nulo uso de agroquímicos, en otros más, se lleva a la práctica de manera totalmente empírica, con un evidente mal manejo y alta tasa de intoxicaciones, y los hay en los que se ha llegado al extremo de utilizarlos como medicina maravillosa.
No obstante, las empresas agrícolas han sido influidas por la filosofía del manejo integrado y han iniciado el combate multifrontal a las plagas. El MIP se basa en la idea de convivir con el insecto, sin permitirle que alcance niveles poblacionales que dañen a los cultivos, lo cual ameritaría llevar a cabo una medida de combate para abatir dicha población.
MIP significa seleccionar y aplicar racionalmente las tácticas de combate que sean compatibles y que aseguran un beneficio económico, ecológico y social, por medio de su uso óptimo, mediante un seguimiento de las posibles plagas durante el desarrollo de los cultivos. Apple y colaboradores (197) indican que para hacer manejo integrado, se deben seguir varias acciones:
Identificar las lagas a combatir en el sistema agrícola, determinadas como un problema socioeconómico relevante.
Definir la unidad o área de manejo.
Desarrollar la estrategia de manejo.
Desarrollar técnicas confiables de supervisión o muestreo.
Establecer umbrales económicos.
Diseñar modelos descriptivos y de pronóstico de la relación cultivo-plaga.
Estas acciones deben basarse en:
La comprensión del ecosistema agrícola. Interrelaciones plaga-planta-suelo-aguaclima-manejo agronómico.
Una planeación del agroecosistema a nivel área, región, municipio o cuenca fisiográfica. A nivel parcelario es casi imposible lograr un impacto en las poblaciones de insectos.
Análisis económicos y de riesgo de las tácticas de combate, tanto solas como integradas.
Tolerancia de la planta al daño ocasionado por la plaga. Tolerancia económica del daño por insectos. Oportunidad de los tratamientos. ¿Cuándo el daño rebasa el costo de utilizar una medida de combate? ¿Cuándo es conveniente realizar una medida de combate? (antes de que ocasione un daño irreversible, pero después de que rebase el costo de la aplicación de un insecticida,
por ejemplo). Aceptación social del programa MMIP a nivel regional. Sin el compromiso de los productores, técnicos, investigadores y autoridades, todo esfuerzo será infructuoso.
Utilización de todos los métodos de control posibles, que sean económicamente redituables y biológicamente compatibles.
Hay que tener claro que los insecticidas no representan un pecado ecológico, si se usa con bases científicas y se salvaguarda el medio; por el contrario, estos productos constituyen una herramienta valiosa y en muchos casos todavía indispensable para cubrir los satisfactores de la sociedad moderna, ya que son extremadamente eficaces, de acción curativa rápida, adaptables a la mayoría de las situaciones, flexibles a los cambios agronómicos y ecológicos y de costos relativamente bajos (NAS, 1969). Es el uso exclusivo de estos aliados, en el intento de controlar o erradicar una plaga, el que los ha llevado a ser considerados una amenaza. Para el uso adecuado de los insecticidas dentro de un esquema de MIP, se toma como base varios aspectos:
Que el insecticida sea efectivo contra la plaga a combatir, en cada región agrícola. Aquí es donde toma relevancia el concepto de resistencia, porque la efectividad de un insecticida estará íntimamente relacionada a la susceptibilidad de la población combatida, a dicho producto, y depende de la presión de selección por los insecticida, a la que haya sido sometida en cada región. En este aspecto se han
desarrollado dos visiones afines: la de los programas o estrategias de manejo de resistencia a insecticidas y el concepto mexicano de manejo toxicológico de áreas agrícolas.
Que no dañe al ser humano, a los cultivos, al ganado, a la fauna silvestre y al ambiente. Se debe implementar el uso de insecticidas con selectividad en su accionar. La selectividad puede estar dada por las características fisiológicas de los organismos involucrados en el ecosistema; por condiciones ecológicas en las que los insectos son más vulnerables a ser combativos; por métodos y técnicas de aplicación que aislan al tóxico exclusivamente en el hábitat del insecto objetivo, o por métodos que atraigan o ahuyenten a los insectos del sitio a tratar.
Que deje una cantidad mínima de residuos en alimentos y forrajes, y que no favorezca la bioacumulación del mismo e n los tejidos vivos .
También son útiles las clasificaciones de ingredientes activos, con base en los efectos tóxicos sobre aves, peces y mamíferos, así como a su residualidad, de manera que sirvan en la toma de decisiones, utilizando los que aún siendo efectivos, tengan los menores riesgos de envenenamiento de la fauna y de contaminación ambiental. Tomando en cuenta los aspectos antes mencionados, Metcalf (1990) califica a los insecticidas según tres parámetros:
La toxicidad para mamíferos, calculada con base en la DL50 oral aguda en ratas y dividida en cinco clases de menor a mayor toxicidad,
La toxicidad para aves (faisán, pato), peces (trucha arcoiris, pez ángel) y abeja melífera, con una escala de cinco clases, diferencial para cada grupo de organismos.
La persistencia ambiental, calificada también en cinco clases: 1= menor de un mes, 2= dos a cuatro meses, 3= cuatro a doce meses, 4= uno a tres años, 5= tres a diez años.
Mediante la suma de las calificaciones de la toxicidad para mamíferos, la persistencia ambiental y el promedio de la toxicidad para otros organismos, clasifica a los insecticidas en cuatro grupos: 1. Los adecuados para ser usados en programas de manejo de plagas (calificaciones de 3 a 7): donde sitúa al carbaril, diflubenzurón, metopreno, malatión, metoxicloro, naled, estirofós, triclorfón, toxina BT, ovex y criolita. 2. Los que deben usarse exclusivamente bajo supervisión de especialistas o profesionistas calificados (calificaciones de 8 a 10): azinfós metílico, clorpirifós, demetón, paratión metílico, diazinón, dicofol, dimetoato, endosulfán, lindano, mevinfós, fosfamidón, oxidemetón metílico, fenvalerato, permetrina, metomil, mexacarbato, toxafeno y nicotina. 3. Los que deben ser usados sólo bajo condiciones restringidas (calificaciones de 11 a 13): tratamientos al suelo y a la semilla con aldicarb, carbofurán, disulfotón, forato y terbufós; tratamiento de interiores con DDT. 4. Productos que casi no se utilizan en el manejo de plagas (calificaciones de 13 a 15): aldrín, dieldrín, endrín, y heptacloro. Sin embargo, esta clasificación no toma en cuenta las diferencias en susceptibilidad ocasionadas por la resistencia a insecticidas, por lo cual su utilidad se restringe al punto de vista ambiental y ecológico, sin abordar el manejo de la resistencia.
MANEJO TOXICOLOGICO REGIONAL DE INSECTICIDAS Existen dos puntos de vista convergentes, con respecto al manejo de la problemática que ha acarreado el uso irracional e indiscriminado de insecticidas, en diversos cultivos alrededor del mundo.
Se han desarrollado programas o estrategias de manejo de la resistencia a insecticidas (MRI) contra algunas plagas, derivados principalmente de la falta de control del
complejo Heliothis con piretroides, en regiones algodoneras de EUA, Australia, y Egipto, entre otras.
Programas de manejo de la resistencia a insecticidas Los programas MRI se basan en tres tácticas muy promisorias, que ayudan a minimizar el desempeño relativo de los genotipos de plagas resistentes: la alternancia de insecticidas a través de generaciones, las formulaciones no persistentes y el uso de plaguicidas que confieren baja magnitud de resistencia. También han evaluado otras tácticas no tan promisorias, como la liberación de insectos homocigotos susceptibles para recuperar los niveles de susceptibilidad en la población natural; la preservación de las poblaciones naturales lo más homocigotas susceptibles posibles, mediante el nulo uso de insecticidas (estrategia pocas veces aplicable), la promoción de refugios al tratamiento de insecticidas; el uso de dos efectivas bajas, el evitar la formulación de compuestos persistentes, el tratamiento exclusivo de ciertos estados de desarrollo. A su vez, se ha propuesto la destrucción de genotipos resistentes, como otro método posible de manejo de la resistencia; sin embargo es poco probable que funcionen los métodos erradicativos, ya que se ha comprobado su efecto en la aceleración del proceso de selección para resistencia. En este aspecto se ha hablado del uso de plaguicidas selectivos, de sinergistas, del tratamiento de los estados de desarrollo más sensibles, del uso de mezclas de productos con resistencia cruzada negativa, del uso de productos que muestran bajas magnitudes de resistencia y de la aplicación de dosis que logran alta mortalidad.
Cuando se aplican insecticidas que no muestran resistencia cruzada, se han evaluado su uso como mezclas, con alternancia de productos en el tiempo y como mosaicos en el espacio. Mediante la simulación por computadora y con experimentos de campo, se ha
determinado que las mejores perspectivas para el manejo de la resistencia, las tiene el uso alternado de productos en el tiempo.
Manejo toxicológico de áreas agrícolas Para lograr un manejo toxicológico de áreas agrícolas, en concordancia con los demás métodos, se debe promover el mantenimiento de los niveles de susceptibilidad de los insectos en una región, a una cantidad limitada de insecticidas, para lo cual:
Se deben seleccionar los insecticidas a utilizar en toda una región agrícola, con base en los siguientes criterios:
Que sea efectivo contra la plaga problema en la región, durante su aplicación.
Que no esté relacionado toxicológicamente con otros productos que hayan perdido efectividad.
Que no afecte a otras plagas u organismos a los cuales no va dirigida la aplicación.
Para saber si sirve el insecticida, existen dos metodologías:
Pruebas de efectividad. Se efectúan durante toda una temporada, ya que entre sus resultados se considera la información de rendimiento; sus resultados son muy exactos, pero sólo pueden ser utilizados hasta la temporada siguiente
Pruebas rápidas de efectividad, mediante el uso del “maletín básico del entomólogo
agrícola, basadas en la recolección de insectos plagas en el campo de cultivo, para posteriormente ser rociadas con varios insecticidas autorizados, mediante aspersoras de menos de 200 ml (usadas en perfumería), a las dosis mínimas efectivas. Se observa el porcentaje de mortalidad en el campo entre una y tres horas posteriores a la aplicación, con el fin de conocer la efectividad real de los insecticidas. Para saber si los insecticidas a utilizarse, están relacionados con los insecticidas que ya no son efectivos, se utiliza la clasificación por grupos toxicológicos (Lagunes y
Rodríguez, 1989), es decir, se trata de utilizar los insecticidas que no sean degradados por los mismos mecanismos de resistencia. Así, al presentarse resistencia al paratión metílico (organofosforado cíclico con enlace P=S, monometil), podrá ser sustituido por otro organofosforado que no sea del grupo FC-SM, o por un carbamato, piretroide, organoclorado, u otro insecticida no afectado fuertemente por esterasas. Los productos seleccionados para cada cultivo de importancia en el área, formarán un Cuadro Básico Regional de Insecticidas, el cual se fundamenta en:
Análisis toxicológico del uso de insecticidas, específico para la región, el cultivo y las plagas de importancia a combatir.
Pruebas de efectividad de insecticidas, de carácter formal o de tipo práctico.
Estudios de resistencia, por medio de bioensayos periódicos a las plagas clave.
Dinámica de población de plagas, para definir las etapas críticas del cultivo a ser protegidas, durante toda la temporada agrícola.
Vigencia del registro de los productos, con una supervisión estrecha de las autoridades locales y regionales para el uso de productos con registro nacional, para ser usado en los cultivos y contra las plagas autorizadas.
La vigencia del registro de productos efectivos debe ser promovida constantemente por las compañías de agroquímicos. Mediante la participación de los productores, en colaboración con investigadores, asesores públicos y privados, así como delegaciones y distritos de la Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos (para el caso de México), se determinan los productos a incluirse en los cuadros básicos anuales.
Como siguiente paso, se define una secuencia de uso de insecticidas a través de la o las temporadas agrícolas. Por ejemplo: en la Región de la Laguna, México, se separó al ciclo del algodonero en cinco etapas: En la primera (de la siembra a los 78 días) no se aplicó insecticidas, dando margen de acción a los agentes naturales e inducidos de control biológico.
En la segunda (79-94 días después de la siembra (dds)) se utilizaron insecticidas organofosforados contra conchuela y soldado, de los grupos toxicológicos FH-SE, F-Cx y FC-OE. En la tercera (95-102 dds) se usaron organofosforados FH-SE, FH-SM y FC-SM contra diversas plagas. En la cuarta (103-118 dds) se usaron organofosforados de los grupos FH-SM y FA-OM, así como carbamatos de los grupos CA-MM y CC-MM, contra bellotero, soldado, rosado y conchuela. En la quinta y última (119-126) se permitió exclusivamente el uso de cualquiera piretroide (PIRT) autorizado. Mediante esta estrategia, en el año de 1989, en La Laguna se redujo el uso de insecticidas (cantidad de ingrediente activo) en un 34% con respecto a la temporada 1988, con una reducción considerable en los costos de combate de plagas a nivel regional. A su vez se redujo la presión de selección de insectos resistentes, según los valores de presión de selección absoluta observados (de 2197 a 1473 unidades). La estrategia es dinámica, permite ajustes del cuadro básico año con año, detectados por medio de los niveles de susceptibilidad de las plagas en los bioensayos y con base en el historial de uso de insecticidas, acopiado en el análisis toxicológico. Además,
pueden entrar o salir nuevos productos o aquellos utilizados con anterioridad, pero que hayan demostrado nuevamente su efectividad. Es importante dejar claro que una estrategia de manejo toxicológico de áreas agrícolas, cumple su cometido si los agricultores tienen interés en producir con calidad, en cantidad suficiente y sin usar indiscriminadamente insecticidas organosintéticos. La supervisión de las autoridades de agricultura será en apoyo y a petición de los mismos agricultores y no en perjuicio de ellos. Cabe mencionar que la capacitación a los productores, técnicos asesores, investigadores y autoridades regionales, es indispensable para el entendimiento del esquema, su puesta en marcha y el logro de sus objetivos.
PASOS PARA DIAGNOSIS DE RESISTENCIA EN EL CAMPO
∎
Plaga problema. Se deben conocer aspectos de su biología, hábitos, taxonomía, distribución, dinámica poblacional, mecanismos de resistencia a insecticidas más comunes, etc.
∎
Método de muestreo. Debe estar en función de la distribución, biología y hábitos del insecto problema, de la disponibilidad de mano de obra calificada y del costo –en tiempo y jornales- en función de la precisión deseada.
∎
Método de bioensayo . El más adecuado según la plaga a monitorear.
Es necesario tener la línea base. La DL 50 obtenida de la plaga problema, se
compara con la DL50 de la población susceptible para calcular la proporción de resistencia (PR). PR=
DL50 de la plaga problema DL50 de una colonia susceptible
Por ejemplo, si la DL 50 de una colonia del insecto plaga susceptible, es de 0.01 ppm y la DL50 de la plaga problema es de 10 ppm, entonces la proporción de resistencia será: PR=
10 ppm
= 1,000X
0.01 ppm Esto significa que la plaga problema es 1,000 veces más resistente que la plaga susceptible.
Cuando no se tiene establecida una línea base, se pueden usar sinergistas.
∎
Insecticidas propuestos como patrones de comparación en bioensayos . Se proponen los siguientes insecticidas para la detección periódica de la resistencia en campo. Al ser de diferentes Grupos Toxicológicos, representan distintos mecanismos de resistencia.
DDT
Endosulfán
Malatión
OC-DDT OC-Cd F-Cx
Paratión metílico
FC-SM
Paratión etílico Carbaril
Permetrina
FC-SE CC-MM PIRT
Desde luego que no necesariamente deben ser estos insecticidas; la elección de cual someter a detección, dependerá de su uso en una zona agrícola, así como de los mecanismos de resistencia involucrados.
Aunque pareciera que incluir un producto ya en desuso como el DDT podría ser inútil, no lo es, ya que al observar problemas de tolerancia o resistencia a este producto,
estará íntimamente relacionada con fallas de efectividad en campo debidas a los piretroides, ya que comparten el mecanismo de resistencia no-metabólica kdr.
∎
Sinergistas. El uso de sinergistas, será un claro indicativo de los mecanismos de resistencia que hayan sido seleccionados en la población plaga.
D.M.C.
Butóxido
DEF
DDT-asa
de piperonilo
WARF-antiresistencia
FOM
esterasas DDT-asa.
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